CN220492853U - 一种级联变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种级联变换器，其通过设置浮地驱动供电电路，可以解决前级Buck电路上管持续导通时驱动电路无供电的问题。本实用新型通过利用有源钳位电路或全桥电路的驱动芯片浮地供电电压叠加在母线VBus上，可以很容易通过该浮地驱动供电电路给前级Buck电路上管的浮地供电电容充电，实现为前级Buck电路上管持续导通进行供电的功能，本实用新型具有电路简单、易实现、低成本、低损耗、易于IC集成的特性，同时规避了传统解决方案带来的弊端。

Description

一种级联变换器

技术领域

本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种级联变换器。

背景技术

图1为现有业界常用的级联变换器，其包括：前级Buck电路以及后级隔离电路，其中，前级Buck电路包括：开关管Q1、开关管Q2、电感L、驱动芯片U1及其浮地供电电容C1，以及连接至电容C1的隔离型辅助源。驱动芯片U1包括一个浮地供电引脚BOOST和一个开关引脚SW，浮地供电引脚BOOST为开关管Q1提供驱动供电，开关引脚SW为开关管Q1驱动供电的参考地端，俗称：浮地。

为了实现前级Buck电路中的开关管Q1的持续导通，需要为驱动芯片U1提供稳定的驱动电压Vcc，业界传统的解决方法：采用如图1所示的隔离型辅助源为开关管Q1的浮地驱动进行供电，但是存在电路复杂、成本高、占板面积大等问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种结构简单的级联变换器，解决前级Buck电路中的开关管持续导通时的浮地驱动供电问题。

本实用新型提供一种级联变换器，其包括：

前级Buck电路，前级Buck电路具有第一开关管、第二开关管以及与第一开关管连接的第一驱动芯片，其中，第一开关管的源极分别与第二开关管的漏极和电感连接，第一开关管和第二开关管的连接点为开关节点，第一驱动芯片具有第一浮地供电引脚；

后级电路，后级电路设有第三开关管以及与第三开关管连接的第二驱动芯片，第二驱动芯片具有第二浮地供电引脚；以及

浮地驱动供电电路，浮地驱动供电电路的输入端连接到第二驱动芯片的第二浮地供电引脚，浮地驱动供电电路的输出端连接到第一驱动芯片的第一浮地供电引脚，浮地驱动供电电路的参考地端连接到前级Buck电路的开关节点。

本实用新型还提供一种级联变换器，其包括：

前级Buck电路，前级Buck电路具有第一开关管、第二开关管以及与第一开关管连接的驱动芯片，其中，第一开关管的源极分别与第二开关管的漏极和电感连接，第一开关管和第二开关管的连接点为开关节点；

后级电路，后级电路包括原边推挽电路以及副边开关电路；以及

浮地驱动供电电路，浮地驱动供电电路的输入端连接到原边推挽电路中的开关管的漏极，浮地驱动供电电路的输出端连接到驱动芯片的浮地供电引脚，浮地驱动供电电路的参考地端连接到前级Buck电路的开关节点。

本实用新型再提供一种级联变换器，其包括：

前级Buck电路，前级Buck电路具有第一开关管、第二开关管以及与第一开关管连接的第一驱动芯片，其中，第一开关管的源极分别与第二开关管的漏极和电感连接，第一开关管和第二开关管的连接点为开关节点，第一驱动芯片具有第一浮地供电引脚；

后级电路，后级电路包括原边桥式电路、与原边桥式电路连接的第二驱动芯片以及副边开关电路，其中，第二驱动芯片具有第二浮地供电引脚；

浮地驱动供电电路的输入端连接到第二驱动芯片的第二浮地供电引脚，浮地驱动供电电路的输出端连接到第一驱动芯片的第一浮地供电引脚，浮地驱动供电电路的参考地端连接到前级Buck电路的开关节点。

本实用新型又提供一种级联变换器，其包括：

前级电路，前级电路具有第一开关管、第二开关管以及与第一开关管连接的驱动芯片；

后级电路，后级电路与前级电路连接；

浮地驱动供电电路，浮地驱动供电电路的输入端与后级电路连接，浮地驱动供电电路的输出端与驱动芯片的浮地供电引脚连接，浮地驱动供电电路的参考地端与驱动芯片的浮地供电参考地引脚连接。

优选的，浮地驱动供电电路包括串联连接的二极管以及线性降压稳压电路。

优选的，浮地驱动供电电路还至少包括一个与二极管串联连接的电阻。

优选的，浮地驱动供电电路还至少包括一个电容，电容连接在线性降压稳压电路的输入端和线性降压稳压电路的参考地端之间。

优选的，线性降压稳压电路是用分立器件构成的电路，或者是集成的能实现线性降压稳压功能的芯片。

与现有技术相比，本实用新型可以很容易的通过一个浮地驱动供电电路给前级Buck电路的开关管的驱动芯片提供浮地供电，从而解决前级Buck路的开关管持续导通时的浮地驱动供电问题，此外，级联变换器还具有如下的有益效果：

1、本实用新型所提出的浮地驱动供电电路易于采用分立器件搭建，具有电路简单、体积小、成本低的特点，同时规避了传统解决方案带来的弊端；

2、本实用新型所提出的级联变换器具有低损耗、高效率、可集成的特性，易于在IC内部集成实现。

附图说明

图1为现有的级联变换器的原理图；

图2为本实用新型级联变换器第一实施的原理图(前级Buck电路通过有源钳位驱动芯片实现浮地驱动供电)；

图3为本实用新型级联变换器第二实施的原理图(前级Buck电路通过原边推挽电路的开关管漏极实现浮地驱动供电)；

图4为本实用新型级联变换器第二实施的原理图(前级Buck电路通过原边全桥电路的驱动芯片实现浮地驱动供电)。

具体实施方式

第一实施例

图2示出了本实用新型级联变换器的第一实施例的原理图。级联变换器包括输入电源正Vin、中间母线VBus、电源公共地GND、前级Buck电路(前级电路)、后级电路以及浮地驱动供电电路。

前级Buck电路包括开关管Q1(第一开关管)、开关管Q2(第二开关管)、与开关管Q1连接用于驱动开关管Q1的驱动芯片U1(第一驱动芯片)以及电感L，其中，第一开关管的源极分别与第二开关管的漏极和电感L连接，第一开关管和第二开关管的连接点为开关节点SW。开关节点SW作为驱动芯片U1的浮地供电参考地引脚。

后级电路包括由开关管Q3和电容Cp组成的有源钳位电路、驱动芯片U2、电容C2以及后级隔离电路。

浮地驱动供电电路包括二极管D3、电阻R3、滤波电容C3、公知的线性降压稳压电路LDO(可以用分立器件构成或现成的LDO芯片)；二极管D3的阳极连接到驱动芯片U2(第二驱动芯片))的浮地供电引脚BOOST，二极管D3的阴极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接线性降压稳压电路LD0的输入端，线性降压稳压电路LD0的输出端连接前级Buck电路的驱动芯片U1的浮地供电引脚BOOST；线性降压稳压电路LD0的参考地端连接开关节点SW，电容C3连接在线性降压稳压电路LD0的输入端和参考地端之间。

为了便于简述，以下将驱动芯片U1和驱动芯片U2的供电电压称之为Vcc，输入电源正Vin的电压称之为Vin，中间母线VBus电压称之为VBus。

级联变换器工作原理描述如下：

在需要实现前级Buck电路的开关管Q1持续导通时，必然存在VBus≥Vin，驱动芯片U2的浮地供电引脚BOOST上的电压则为VBus+Vcc，因此电流从驱动芯片U2的浮地供电引脚BOOST经过二极管D3、电阻R3、线性降压稳压电路LDO流向驱动芯片U1的浮地供电引脚BOOST，使得驱动芯片U1的浮地供电电容C1两端电压稳定在Vcc上，进而实现维持前级Buck电路的开关管Q1的持续导通要求。

由于维持开关管Q1导通的驱动供电电流为微安级，所以二极管D3、电阻R3和线性降压稳压电路LDO的流通电流也是微安级，因此引入二极管D3，电阻R3和线性降压稳压电路LDO所增加的损耗也很小，便于在IC内部集成。

和传统方案相比，本方案可以很容易的实现前级Buck电路的开关管Q1的持续导通供电，并具有电路简单、易实现、低成本、低损耗的特点。

第二实施例

图3示出了本实用新型级联变换器的第二实施例的原理图。本实施例与第一实施例的区别在于，本实施例中，后级电路包括原边推挽电路以及副边开关电路，其中，原边推挽电路包括开关管Q4、开关管Q5以及变压器的原边绕组；浮地驱动供电电路包括二极管D3、二极管D4、电阻R3、滤波电容C3、线性降压稳压电路LDO。

二极管D3的阳极连接原边推挽电路的开关管Q5的漏极，二极管D4的阳极连接原边推挽电路的开关管Q4的漏极，二极管D3的阴极和二极管D4的阴极一起连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接线性降压稳压电路LD0的输入端，线性降压稳压电路LD0的输出端连接驱动芯片U1的浮地供电引脚BOOST；线性降压稳压电路LD0的参考地端连接开关节点SW，电容C3连接在线性降压稳压电路LD0的输入端和参考地端之间。

其工作原理描述如下：

在原边推挽电路工作时，开关管Q4和开关管Q5上的漏极与源极存在电压应力，简称Vds，当Vds≥Vin时，电流从开关管Q4和开关管Q5的漏极(D极)经过二极管D3和二极管D4、电阻R3、线性降压稳压电路LDO流向驱动芯片U1的浮地供电引脚BOOST，使得驱动芯片U1的浮地供电电容C1两端电压稳定在Vcc上，从而实现维持前级Buck电路的开关管Q1的持续导通。

为进一步简化器件，可以只使用二极管D3和D4其中的任一个二极管。

其有益效果是，在不需要第一实施例中的开关管Q3及其驱动芯片U2的应用场合下，可以很容易地通过原边推挽电路的开关管的Vds电压去实现对前级Buck电路的开关管Q1的持续导通供电。

第三实施例

图4示出了本实用新型级联变换器的第三实施例的原理图。本实施例与第一实施例区别在于，本实施例中，后级电路包括原边全桥电路以及副边开关电路；浮地驱动供电电路包括二极管D3、二极管D4、电阻R3、滤波电容C3、线性降压稳压电路LDO。

原边全桥电路包括第一桥臂上管Q4H及其驱动芯片U2的浮地供电引脚BOOST、第二桥臂上管Q5H及其驱动芯片U3的浮地供电引脚BOOST。

二极管D3的阳极连接到驱动芯片U3的浮地供电引脚BOOST，二极管D4的阳极连接到驱动芯片U2的浮地供电引脚BOOST，二极管D3的阴极与二极管D4的阴极一起连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接到线性降压稳压电路LDO的输入端，线性降压稳压电路LD0的输出端连接驱动芯片U1的浮地供电引脚BOOST；线性降压稳压电路LD0的参考地端连接开关节点SW，电容C3连接在线性降压稳压电路LD0的输入端和参考地端之间。

级联变换器工作原理描述如下：

在需要实现前级Buck电路的开关管Q1持续导通时，必然存在VBus≥Vin，当原边全桥电路的上管Q5H导通时，驱动芯片U3的浮地供电引脚BOOST上的电压则为VBus+Vcc，因此电流从驱动芯片U3的浮地供电引脚BOOST经过D3、R3、LDO流向驱动芯片U1的浮地供电引脚BOOST，使得U1的浮地供电电容C1两端电压稳定在Vcc上，从而实现维持开关管Q1的持续导通。当原边全桥电路的上管Q4H导通时的工作原理与前述相同，此处不再赘述。

为进一步简化器件，可以只使用二极管D3和二极管D4其中的任一个二极管。

在不需要第一实施例中的有源钳位开关管Q3及其驱动芯片U2的应用场合下，可以很容易地通过原边全桥电路的驱动芯片U2和驱动芯片U3的浮地供电引脚BOOST去实现对前级Buck电路的开关管Q1的持续导通供电。

需要说明的是，二极管D3(和/或二极管D4)、电阻R3、和线性降压稳压电路LDO是串联关系，其连接顺序可以前后调整，同样能实现本实用新型的目的，在本实用新型的保护范围内。

上述实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干等同替换、改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种级联变换器，其特征在于，包括：

前级Buck电路，所述前级Buck电路具有第一开关管、第二开关管以及与所述第一开关管连接的第一驱动芯片，其中，所述第一开关管的源极分别与所述第二开关管的漏极和电感连接，所述第一开关管和所述第二开关管的连接点为开关节点，所述第一驱动芯片具有第一浮地供电引脚；

后级电路，所述后级电路设有第三开关管以及与所述第三开关管连接的第二驱动芯片，所述第二驱动芯片具有第二浮地供电引脚；以及

浮地驱动供电电路，所述浮地驱动供电电路的输入端连接到所述第二驱动芯片的所述第二浮地供电引脚，所述浮地驱动供电电路的输出端连接到所述第一驱动芯片的所述第一浮地供电引脚，所述浮地驱动供电电路的参考地端连接到所述前级Buck电路的所述开关节点。

2.一种级联变换器，其特征在于，包括：

前级Buck电路，所述前级Buck电路具有第一开关管、第二开关管以及与所述第一开关管连接的驱动芯片，其中，所述第一开关管的源极分别与所述第二开关管的漏极和电感连接，所述第一开关管和所述第二开关管的连接点为开关节点；

后级电路，所述后级电路包括原边推挽电路以及副边开关电路；以及

浮地驱动供电电路，所述浮地驱动供电电路的输入端连接到所述原边推挽电路中的开关管的漏极，所述浮地驱动供电电路的输出端连接到所述驱动芯片的浮地供电引脚，所述浮地驱动供电电路的参考地端连接到所述前级Buck电路的开关节点。

3.一种级联变换器，其特征在于，包括：

前级Buck电路，所述前级Buck电路具有第一开关管、第二开关管以及与所述第一开关管连接的第一驱动芯片，其中，所述第一开关管的源极分别与所述第二开关管的漏极和电感连接，所述第一开关管和所述第二开关管的连接点为开关节点，所述第一驱动芯片具有第一浮地供电引脚；

后级电路，所述后级电路包括原边桥式电路、与所述原边桥式电路连接的第二驱动芯片以及副边开关电路，其中，第二驱动芯片具有第二浮地供电引脚；

浮地驱动供电电路，所述浮地驱动供电电路的输入端连接到所述第二驱动芯片的所述第二浮地供电引脚，所述浮地驱动供电电路的输出端连接到所述第一驱动芯片的所述第一浮地供电引脚，所述浮地驱动供电电路的参考地端连接到所述前级Buck电路的开关节点。

4.根据权利要求1-3任一项所述级联变换器，其特征在于：所述浮地驱动供电电路包括串联连接的二极管以及线性降压稳压电路。

5.根据权利要求4所述级联变换器，其特征在于：所述浮地驱动供电电路还至少包括一个与所述二极管串联连接的电阻。

6.根据权利要求4所述级联变换器，其特征在于：所述浮地驱动供电电路还至少包括一个电容，所述电容连接在所述线性降压稳压电路的输入端和所述线性降压稳压电路的参考地端之间。

7.一种级联变换器，其特征在于，包括：

前级电路，所述前级电路具有第一开关管、第二开关管以及与所述第一开关管连接的驱动芯片；

后级电路，所述后级电路与所述前级电路连接；

浮地驱动供电电路，所述浮地驱动供电电路的输入端与所述后级电路连接，所述浮地驱动供电电路的输出端与所述驱动芯片的浮地供电引脚连接，所述浮地驱动供电电路的参考地端与所述驱动芯片的浮地供电参考地引脚连接。

8.根据权利要求7所述级联变换器，其特征在于：所述浮地驱动供电电路包括串联连接的二极管、电阻以及线性降压稳压电路。

9.根据权利要求8所述级联变换器，其特征在于：所述浮地驱动供电电路还至少包括一个与所述二极管串联连接的电阻。

10.根据权利要求8所述级联变换器，其特征在于：所述浮地驱动供电电路还至少包括一个电容，所述电容连接在所述线性降压稳压电路的输入端和所述线性降压稳压电路的参考地端之间。