功率变换器及其功率级电路的制作方法
【专利摘要】公开了一种功率变换器及其功率级电路，本发明通过在功率变换器中设置多个开关变换器，利用其中一个作为线性电流源的前级直流?直流变换器，将其输出电压控制在略高于负载电压，并通过由两个辅助晶体管构成的线性电流源在负载跳变对负载进行电流注入或电流分流。由此，可以提高电路响应速度，同时，可以减小线性电流源导致的损耗，使得功率变换器仍能保持具有较小的损耗。
【专利说明】
功率变换器及其功率级电路
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种功率变换器及其功率级电路。
【背景技术】
[0002]随着计算机、服务器处理器性能的提升，功耗也变得越来越大。在处理器功耗变化时，其负载变化率达到300Α/μ8。因此需要电压调整单元(VRM)具有极快的调节速度以防止供电电压出现过冲以及跌落。电源系统中的功率变换器需要能够适应于负载的跳变而保持较快的动态响应。
[0003]现有技术中，通常通过暂态过程检测来控制电流输入以及电流抽取网络的工作。暂态过程检测通过检测输出电压的微分参数或者负载电流来实现。由于输出电压上有较多毛刺，电压微分干扰噪声很大，而负载电流采样则较为困难。同时，开关电源的动态响应受限于电感电流的上升斜率，不能无限提高。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种功率变换器及其功率级电路，在提高电路响应速度的同时，保持电路仍然具有较小的损耗。
[0005]第一方面，提供一种功率变换器，包括:
[0006]第一开关变换器，连接在所述功率变换器的输入端和中间端之间；
[0007]第一辅助晶体管，连接在所述中间端和所述功率变换器的输出端之间；
[0008]第二辅助晶体管，连接在所述中间端和接地端之间；
[0009]至少一个第二开关变换器，并联连接在所述功率变换器的输入端和输出端之间；
[0010]第一控制电路，用于控制所述第一开关变换器向所述中间端输出第一输出电压；以及，
[0011]第二控制电路，用于控制所有的第二开关变换器输出第二输出电压，并控制第一辅助晶体管在负载向上跳变时工作于线性区，控制第二辅助晶体管在负载向下跳变时工作于线性区；
[0012]其中，所述第一输出电压高于所述第二输出电压。
[0013]优选地，所述第一控制电路根据第一参考电压和第一反馈电压控制所述第一开关变换器;所述第二控制电路根据第二参考电压和第二反馈电压控制所述第二开关变换器；所述第一参考电压大于所述第二参考电压，所述第一反馈电压用于表征中间端电压，所述第二反馈电压用于表征所述功率变换器的输出电压。
[0014]优选地，所述第二控制电路包括:
[0015]恒压控制器，用于根据第二参考电压和第二反馈电压向所述第二开关变换器输出恒压控制信号，所述恒压控制信号适于控制所述第二开关变换器输出恒定电压；
[0016]辅助晶体管控制电路，用于根据第二反馈电压输出第一控制信号和第二控制信号以分别控制第一辅助晶体管和第二辅助晶体管，使得在所述第二反馈电压下降超过第一阈值时所述第一辅助晶体管工作在线性区且所述第二辅助晶体管关断，在所述第二反馈电压上升超过第二阈值时所述第一辅助晶体管关断且所述第二辅助晶体管工作在线性区。
[0017]优选地，所述第二控制电路包括:
[0018]恒压控制器，用于根据第二参考电压和第二反馈电压输出恒压控制信号，所述恒压控制信号适于控制每个所述第二开关变换器输出恒定电压；
[0019]辅助晶体管控制电路，用于根据第二反馈电压输出第一控制信号和第二控制信号以分别控制第一辅助晶体管和第二辅助晶体管，使得在第二反馈电压下降偏离所述第二参考电压超过第一阈值时所述第一辅助晶体管工作在线性区且所述第二辅助晶体管关断，在所述第二反馈电压上升偏离所述第二参考电压超过第二阈值时所述第一辅助晶体管关断且所述第二辅助晶体管工作在线性区；
[0020]逻辑电路，与恒压控制器的输出端和所述辅助晶体管控制电路的输出端连接，用于向每个所述第二开关变换器输出对应的开关控制信号，在第一控制信号和第二控制信号均指示关断时将所述恒压控制信号作为开关控制信号输出，在第一控制信号指示工作在线性区时输出使得开关变换器的主功率开关保持导通或保持为占空比最大的开关控制信号，在第二控制信号指示工作在线性区时输出使得开关变换器的主功率开关保持关断或保持为占空比最小的开关控制信号。
[0021 ]优选地，所述辅助晶体管控制电路包括:
[0022]第一跨导放大器，同相输入端输入第二参考电压，反相输入端输入所述第二反馈电压，输出端输出所述第一控制信号；
[0023]第二跨导放大器，同相输入端输入所述第二反馈电压，反相输入端输入所述第二参考电压，输出端输出所述第二控制信号；
[0024]第一电阻，连接在所述第一跨导放大器的输出端和功率变换器的输出端之间；
[0025]第二电阻，连接在所述第二跨导放大器的输出端和接地端之间。
[0026]优选地，所述功率变换器包括N个第二开关变换器，N大于等于2;
[0027]所述恒压控制器用于输出具有M个不同相位的N路恒压控制信号，所述N路恒压控制信号用于分别控制对应的第二开关变换器输出恒定电压，M小于等于N。
[0028]优选地，所述第一控制器输出的用于控制第一开关变换器的第一开关控制信号与所述N路恒压控制信号的相位均不相同。
[0029]第二方面，提供一种功率变换器的功率级电路，包括:
[0030]第一开关变换器，连接在所述功率变换器的输入端和中间端之间，受控向所述中间端输出第一输出电压；
[0031]第一辅助晶体管，连接在所述中间端和所述功率变换器的输出端之间，在负载向上跳变时受控工作于线性区；
[0032]第二辅助晶体管，连接在所述中间端和接地端之间，在负载向下跳变时受控工作于线性区；
[0033]至少一个第二开关变换器，并联连接在所述功率变换器的输入端和输出端之间，所有所述第二开关变换器受控向所述中间端输出第二输出电压；
[0034]所述第一输出电压高于所述第二输出电压。
[0035]优选地，所述功率变换器包括N个第二开关变换器，N大于等于2;
[0036]所述N个第二开关变换器分别受控于具有M个不同相位的恒压控制信号输出恒定电压，M小于等于N。
[0037]本发明实施例通过在功率变换器中设置多个开关变换器，利用其中一个作为线性电流源的前级直流-直流变换器，将其输出电压控制在略高于负载电压，并通过由两个辅助晶体管构成的线性电流源在负载跳变对负载进行电流注入或电流分流。由此，可以提高电路响应速度，同时，可以减小线性电流源导致的损耗，使得功率变换器仍能保持具有较小的损耗。
【附图说明】
[0038]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0039]图1是本发明实施例的功率变换器的电路示意图；
[0040]图2是本发明实施例的功率变换器的一个优选实施方式的电路示意图；
[0041 ]图3是本发明实施例的功率变换器的工作波形图；
[0042]图4是本发明实施例的第二控制电路的一个优选实施方式的电路示意图；
[0043]图5是本发明实施例的功率变换器的另一个优选实施方式的电路示意图。
【具体实施方式】
[0044]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0045]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0046]同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0047]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0048]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0049]图1是本发明实施例的功率变换器的电路示意图。如图1所示，本发明实施例的功率变换器包括功率级电路和控制电路。其中，功率级电路包括第一开关变换器1、第一辅助晶体管Q1、第二辅助晶体管Q2和多个第二开关变换器2ni = l至N，N为大于等于2的整数。其中，第一开关变换器I连接在所述功率变换器的输入端i和中间端m之间。第一辅助晶体管Ql连接在中间端m和功率变换器的输出端ο之间，用于在负载向上跳变时将中间端i的能量注入到负载。第二辅助晶体管Q2连接在中间端m和接地端之间，在负载向下跳变时受控工作于线性区，对流向负载的电流进行分流。第一辅助晶体管Ql和第二辅助晶体管Q2构成了连接在中间端i和输出端ο之间的线性电流源。经由第一开关变换器I转换的能量可以在负载向上跳变时通过线性电流源中的第一辅助晶体管Ql注入负载，从而提高负载向上跳变时的动态响应速度。同时，线性电流源还可以在负载向下跳变时从负载抽取电流(也即，对电流进行分流)，从而提高负载向下跳变时的动态响应速度。第二开关变换器2,以相互并联的方式连接在功率变换器的输入端i和输出端0之间。第二开关变换器2,的作用在于在负载稳定时提供功率变换向负载输出稳定的输出电压。多个第二开关变换器21并联的作用在于可以提供较大的电流。
[0050]同时，多个不同的第二开关变换器21可以分别受控于具有不同相位的恒压控制信号输出恒定电压。这样不同支路的第二开关变换器输出的电流纹波具有不同的相位，从而使得相互叠加后的输出电流的纹波最小化。
[0051]如图1所示，第一开关变换器I和第二开关变换器2,均采用相同的降压型拓扑(BUCK)。容易理解，由于第一开关变换器I是作为第一辅助晶体管Ql的前级直流-直流变换器，因此，其可以采用与第二开关变换器2,不同的降压型拓扑电路结构。同时，还容易理解，第一开关变换器I和第二开关变换器也可以根据需要采用升压型拓扑(BOOST)或升降压型拓扑(BUCK-B00ST)。在电路结构上，第二开关变换器2i可以分别设置各自的输出电容，也可以如图1所示在输出端共享同一个较大的输出电容C2。必要时，如图1所示，功率变换器还在输入端设置输入电容C3。
[0052]控制电路包括第一控制电路3和第二控制电路4。其中，第一控制电路3用于控制第一开关变换器I向所述中间端输出第一输出电压Voi ο第二控制电路4用于控制所有的第二开关变换器21-2N受控输出第二输出电压VQ2，并控制第一辅助晶体管Ql在负载向上跳变时工作于线性区，控制第二辅助晶体管Q2在负载向下跳变时工作于线性区。在负载稳定时，第一辅助晶体管Ql和第二辅助晶体管Q2受控关断，同时，在负载向上跳变时，第二辅助晶体管Q2受控关断，在负载向下跳变时，第一辅助晶体管受控关断。其中，第一输出电压…工高于第二输出电压Vc)2，优选地，通过设置第一控制电路3的参考电压(第一参考电压Vref I)和第二控制电路4的参考电压(第二参考电压Vrrf2)使得第一输出电压Vcil略高于第二输出电压Vc)2。例如，控制第一输出电压Vo1超过第二输出电压Vo2的幅度在第二输出电压Vo2的50%以内。由此，在第一辅助晶体管Ql工作于线性区时，电流由中间端m注入输出端O，同时，在图1中，由于第一输出电压Vo1低于采用降压型拓扑的第一开关变换器I的输入电压，因此，在工作于线性区时，第一辅助晶体管两端的压降为第一输出电压VodP第二输出电压Vo2的差值，在这一差值较小时，晶体管所造成的损耗也相应下降。
[0053]其中，第一控制电路3根据第一参考电压Vrefl和第一反馈电压Vfbl控制第一开关变换器I。其中，第一反馈电压Vfbi用于表征中间端m的电压(也即第一开关变换器输出的第一输出电压)。第一控制电路3可以采用各种现有的恒压控制器结构实现。
[0054]第二控制电路3根据第二参考电压Vref2和第二反馈电压Vfb2控制第二开关变换器
2。其中，第一参考电压Vrrf1大于第二参考电压Vrrf2，第二反馈电压Vfb2用于表征所述功率变换器的输出电压(也即，第二输出电压)。
[0055]在一个优选实施方式中，如图2所示，第二控制电路4包括恒压控制器41和辅助晶体管控制电路42。
[0056]恒压控制器41的输出端与第二开关控制器2,的控制端连接，用于根据第二参考电压Vre3f2和第二反馈电压Vfb2输出至少一个恒压控制信号Kl，所述恒压控制信号Kl用于控制所述第二开关变换器输出恒定的第二输出电压。在不采用多相控制的场合，恒压控制器41对所有N个第二开关控制器输出N个相位相同的恒压控制信号。在采用多相控制的场合，恒压控制器41向所有N个第二开关变换器输出N个恒压控制信号，其中，N个恒压控制信号具有M个不同的相位(M小于等于N)。例如，对于具有6个并联的第二开关变换器的情形，恒压控制器41输出6路恒压控制信号，其分为三组具有三种不同的相位(此时M小于N)。又例如，对于具有6个并联的第二开关变换器的情形，恒压控制器41输出6路恒压控制信号，每一路均具有不同的相位(此时M等于N)。由此，可以使得第二开关控制器输出的电流纹波相互补偿。恒压控制器41可以采用任何现有恒压控制电路结构。
[0057]在一个优选实施方式中，第一控制电路3输出的用于控制第一开关变换器的开关控制信号与所述N路恒压控制信号的相位均不相同。
[0058]在图2所示实施例中，第二控制电路4通过第二反馈电压Vfb2来判断负载是否出现跳变。在负载向上跳变时，负载电流增大，此时，由于功率变换器无法实现输出功率的跳变，其输出电压Vo2会下降；在负载向下跳变时，负载电流减小，此时，由于功率变换器同样无法瞬间减低输出功率，其输出电压Vo2会上升。图2所示电路正是利用这一特性来进行操作。
[0059]辅助晶体管控制电路42用于根据第二反馈电压Vfb2输出第一控制信号Vqi和第二控制信号Vq2以分别控制第一辅助晶体管Ql和第二辅助晶体管Q2，使得在第二反馈电压Vfb2下降超过第一阈值时第一辅助晶体管Ql工作在线性区且第二辅助晶体管Q2关断，在第二反馈电压Vfb2上升超过第二阈值时第一辅助晶体管Ql关断且第二辅助晶体管Q2工作在线性区。
[0060]在图2所示的实施方式中，辅助晶体管控制电路42包括第一跨导放大器GM1、第二跨导放大器GM2、第一电阻Rl和第二电阻R2。其中，第一跨导放大器GMl的同相输入端输入第二参考电压Vref2，反相输入端输入第二反馈电压Vfb2。第二跨导放大器GM2的同相输入端输入第二反馈电压Vfb2，反相输入端输入第二参考电压Vrrf2。第一电阻Rl连接在第一跨导放大器GMl的输出端和功率变换器的输出端ο之间。第二电阻R2连接在第二跨导放大器GM2的输出端和接地端之间。第一跨导放大器GMl的输出端电压作为第一控制信号Vdi输出到第一辅助晶体管Ql的栅极，也即，第一跨导放大器GMl的输出端与第一辅助晶体管Ql的栅极连接，从而控制其工作状态。第二跨导放大器GM2的输出端电压作为第二控制信号Vq2输出到第二辅助晶体管Q2的栅极，也即，第二跨导放大器GM2的输出端与第二辅助晶体管Q2的栅极连接，从而控制其工作状态。由此，第一跨导放大器GMl输出的第一控制信号Vq1等于(Vref2-Vfb2)*Gl*Rl+VQ2，其中Gl为第一跨导放大器GMl的增益，由于第一电阻Rl—端连接功率变换器的输出端，因此，第一控制信号除了第一电阻Rl两端的电压降(Vref2-Vfb2)*Gl*Rl外还需要叠加输出电压VQ2。同时，由于第一辅助晶体管Ql的源极也与功率变换器的输出端连接，因此，上述连接关系使得第一控制信号Vqi施加到第一辅助晶体管Ql的栅源电压Vgs1S第一控制信号Vq1减去输出电压VQ2，也即，等于第一电阻两端的电压降，其与Vref2-Vfb2成比例，可以表征输出电压偏离特定阈值的程度。类似地，第二控制信号Vq2等于(Vfb2-Vref2)*G2*R2。同时，施加到第二辅助晶体管Q2的栅源电压Vgs2等于第二控制信号Vq2可以表征输出电压上升偏离特定阈值的程度。
[0061]在第二反馈电压Vfb2下降小于第二参考电压Vre3f2时，第一控制信号Vqi施加到第一辅助晶体管Ql的栅源电压乂⑶逐渐上升，此时由于未达到导通门限电压，第一辅助晶体管Ql保持关断。在第二反馈电压Vfb2下降偏离第二参考电压Vre3f2超过第一阈值时，第一辅助晶体管Ql的栅源电压Vgs1I升到门限电压，从而使得第一辅助晶体管Ql进入线性区，通过电压输入端向功率变换器的输出端注入电流。此时，由于Vfb2较小，Vfb2-Vrrf2为负值，第二控制信号Vq2为负，第二辅助晶体管Q2保持关断。类似地，在第二反馈电压Vfb2上升到大于第二参考电压Vref2时，第二控制信号Vq2施加到第二辅助晶体管Q2的栅源电压Vgs2逐渐上升，此时由于未达到导通门限电压，第二辅助晶体管Q2保持关断。在第二反馈电压Vfb2上升到偏离第二参考电压Vref2超过第二阈值时，第二辅助晶体管Q2的栅源电压Vgs2上升到门限电压，从而使得第二辅助晶体管Ql进入线性区，从功率变换器的输出端抽取/分流输出电流，从而快速减小输出功率。此时，由于Vfb2较大，Vrrf2-Vfb2为负值或较小值，第一控制信号Vq1为负，第一辅助晶体管Ql保持关断。
[0062]根据以上分析可知，在输出电压偏离到什么程度时，启动第一或第二辅助晶体管进入线性区由晶体管自身的门导通限电压(第一辅助晶体管和第二辅助晶体管可以具有不同的门限电压)、第一跨导放大器GMl和第二跨导放大器GM2的增益、第一电阻Rl和第二电阻R2的阻值以及第二参考电压Vref2确定。第二参考电压Vref2用于表征功率变换器的期望输出电压。由于功率变换器正常情况下工作在恒压状态，其输出电压稳定在期望输出电压附近(仅会有极小的波动)。这可以使得第一控制信号Vqi和第二控制信号VQ2直接表征当前输入电压偏离期望输出电压的程度。在图2所示的电路中，第二参考电压Vre3f2由同一个参考电压源提供。该参考电压源可以与恒压控制器41共用，由此，可以提高电路的共用程度，一定程度减小电路规模。
[0063]优选地，为了设计参数设置的方便，第一跨导放大器GMl和第二跨导放大器GM2具有相同的增益，同时，第一电阻Rl和第二电阻R2具有相同的阻值。
[0064]图3是本发明实施例的功率变换器的工作波形图。如图3所示，
[0065]在tl时刻，负载向上跳变时，负载电流增大，输出电压Vo2下降，此时，第一辅助晶体管Ql的驱动电压(也即第一控制信号Vq1)升高。在t2时刻，第一辅助晶体管Ql的驱动电压达到导通门限电压，第一辅助晶体管Ql进入线性区。第一辅助晶体管Ql进入线性区后，流过的电流Iq3开始上升，并随着输出电压跌落幅度的减小而逐渐减小直到t3时刻。在t3时刻，第一辅助晶体管Ql的驱动电压低于导通门限，第一辅助晶体管Ql关断，电流降为零。
[0066]在t4时刻，负载向下跳变，负载电流Iumd减小，输出电压升高，此时第二辅助晶体管Q2的驱动电压(也即第二控制信号Vq2)升高。在t5时刻，第二辅助晶体管Q2的驱动电压达到导通门限，第二辅助晶体管Q2进入线性区。第二辅助晶体管Q2进入线性区后电流Iq2上升，并随着输出电压下降的幅度逐渐减小直到t6时刻。在t6时刻，第二辅助晶体管Q2的驱动电压低于门限电压，第二辅助晶体管Q2关断，电流将为零。
[0067]本发明实施例通过在功率变换器中设置多个开关变换器，利用其中一个作为线性电流源的前级直流-直流变换器，将其输出电压控制在略高于负载电压，并通过由两个辅助晶体管构成的线性电流源在负载跳变对负载进行电流注入或电流分流。由此，可以提高电路响应速度，同时，可以减小线性电流源导致的损耗，使得功率变换器仍能保持具有较小的损耗。
[0068]图4是本发明实施例的第二控制电路的另一个优选实施方式的电路示意图。图4所示第二控制电路包括恒压控制器41、辅助晶体管控制电路42和逻辑电路43。
[0069]其中，恒压控制器41以及辅助晶体管控制电路42的结构与图2所示相同，在此不再赘述。
[0070]逻辑电路43与恒压控制器41的输出端和辅助晶体管控制电路42的输出端连接，用于向每个所述第二开关变换器输出对应的开关控制信号，在第一控制信号Vq1和第二控制信号Vq2均指示关断时将恒压控制信号Kl1作为开关控制信号输出，在第一控制信号VQ1指示工作在线性区时输出使得开关变换器的主功率开关保持导通或保持为占空比最大的开关控制信号，在第二控制信号VQ2指示工作在线性区时输出使得开关变换器的主功率开关保持关断或保持为占空比最小的开关控制信号。
[0071]为了方便显示，图4中仅示出了一路控制信号。对于多路不同的第二开关变换器，可以通过设置多个并列的逻辑电路43来分别输出对应的开关控制信号。
[0072]在图4所示的电路中，逻辑电路43包括第一比较器CMP1、第二比较器CMP2和逻辑组合电路LG。其中，第一比较器CMPI用于比较所述第一控制信号Vqi与第三阈值电压Vth3，输出第一比较信号SI。第二比较器CMP2用于比较第二控制信号Vq2与第四阈值电压Vth4，输出第二比较信号S2。第一比较信号SI可以表征当前第一控制信号Vqi施加到第一辅助晶体管Ql的栅源电压是否大于门限电压，在图2中，第三阈值电压Vth3等于第一辅助晶体管Ql的门限电压。第二比较信号S2可以表征当前第二控制信号VQ2施加到第二辅助晶体管Q2的栅源电压是否大于门限电压，在图2中，第四阈值电压Vth4等于第二辅助晶体管Q2的门限电压。
[0073]逻辑组合电路LG输入第一比较信号S1、第二比较信号S2和恒压控制信号Kl，在第一比较信号SI表征第一控制信号Vqi小于第三阈值电压Vth3，且第二比较信号S2表征第二控制信号Vq2小于第四阈值电压Vthdt输出恒压控制信号KI ο逻辑组合电路LG在第一比较信号SI表征第一控制信号Vq1大于第三阈值电压Vth3时输出表征导通的开关控制信号或占空比最高的开关控制信号Kl，在第二比较信号S2表征第二控制信号VQ2大于第四阈值电压Vth4时输出表征关断的开关控制信号或占空比最低的开关控制信号。
[0074]在图4所示的电路中，逻辑组合电路LG包括或门0R、非门NOT和与门AND。或门OR的两个输入端分别输入第一比较信号SI和恒压控制信号Kl。非门NOT输入端输入第二比较信号S2，输出端和与门AND的一个输入端连接，与门AND的另一个输入端与或门OR的输出端连接。与门AND的输出端用于输出开关控制信号Κ21(3
[0075]在负载稳定时，第一控制信号VQ1和第二控制信号VQ2均为较低的电平，辅助晶体管Ql和Q2均关断。此阶段中，逻辑电路23中的第一比较器CMPl和第二比较器CMP2也输出低电平，因此，或门OR的输出结果由恒压控制信号Kl决定，与门AND的一个输入端接收或门的输出，另一个输入端接收第二比较器CMP2的输出信号的取反信号，由于第二比较器CMP2输出低电平，取反后为高电平，因此与门AND的输出结果由或门OR的输出结果决定。如上所述，或门OR的输出又由恒压控制器21输出的恒压控制信号Kl决定，从而，与门AND的输出结果，开关控制信号K2与恒压控制信号Kl相同。由此，在电路正常工作时，功率级电路中的主功率开关由恒压控制器21控制。在负载向上跳变时，反馈电压Vfb下降，第一比较器CMPl输出高电平，或门OR对应输出高电平，不受恒压控制信号Kl影响。第二比较器CMP2输出低电平，经过取反后为高电平。由此，与门AND输出的开关控制信号保持高电平，以控制主功率开关Q3持续导通。在负载向下跳变时，反馈电压Vfb上升，第一比较器CMPl输出低电平，或门OR的输出由恒压控制信号KI决定。但是，第二比较器CMP2输出高电平，经取反后为低电平。与门AND输出的开关控制信号保持低电平，以控制主功率开关Q3持续关断。
[0076]容易理解，在开关变换器I存在最大占空/最小占空比限制要求时，可以在逻辑电路的输出端中增加最大占空/最小占空比限制电路，以在必要时提供具有最大占空比或最小占空比的开关控制信号。
[0077]在本实施方式中，通过在利用辅助晶体管注入电流时控制开关变换器的主功率开关保持导通或占空比最大，在通过辅助晶体管分流电流时控制开关变换器的主功率开关保持关断或占空比最小，可以保证大部分电流从开关变换器流过，进一步减小辅助晶体管引起的损耗，提尚系统效率。
[0078]图5是本发明实施例的功率变换器的另一个优选实施方式的电路示意图。与在实施方式不同，图5所示的功率变换器的功率级电路仅具有一路第二开关变换器2。这使得图5所示的电路可以应用于负载电流较小，需要减小电路规模，节省成本的场合。第一开关变换器I由第一控制电路3控制输出第一输出电压Vq1，第二开关变换器2由第二控制电路4控制输出第二输出电压VQ2。通过调节第一控制电路3和第二控制电路4的参考电压，可以使得第一输出电压Vo1略高于第二输出电压VQ2，从而可以降低第一辅助晶体管Ql的压降，减小损耗。在本实施例中，第一控制电路3可以采用任何现有的恒压控制器电路结构实现。第二控制电路2可以采用如上所述的各种电路结构实现。
[0079]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种功率变换器，包括: 第一开关变换器，连接在所述功率变换器的输入端和中间端之间； 第一辅助晶体管，连接在所述中间端和所述功率变换器的输出端之间； 第二辅助晶体管，连接在所述中间端和接地端之间； 至少一个第二开关变换器，并联连接在所述功率变换器的输入端和输出端之间； 第一控制电路，用于控制所述第一开关变换器向所述中间端输出第一输出电压；以及，第二控制电路，用于控制所有的第二开关变换器输出第二输出电压，并控制第一辅助晶体管在负载向上跳变时工作于线性区，控制第二辅助晶体管在负载向下跳变时工作于线性区； 其中，所述第一输出电压高于所述第二输出电压。2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一控制电路根据第一参考电压和第一反馈电压控制所述第一开关变换器;所述第二控制电路根据第二参考电压和第二反馈电压控制所述第二开关变换器;所述第一参考电压大于所述第二参考电压，所述第一反馈电压用于表征中间端电压，所述第二反馈电压用于表征所述功率变换器的输出电压。3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第二控制电路包括: 恒压控制器，用于根据第二参考电压和第二反馈电压向所述第二开关变换器输出恒压控制信号，所述恒压控制信号适于控制所述第二开关变换器输出恒定电压； 辅助晶体管控制电路，用于根据第二反馈电压输出第一控制信号和第二控制信号以分别控制第一辅助晶体管和第二辅助晶体管，使得在所述第二反馈电压下降超过第一阈值时所述第一辅助晶体管工作在线性区且所述第二辅助晶体管关断，在所述第二反馈电压上升超过第二阈值时所述第一辅助晶体管关断且所述第二辅助晶体管工作在线性区。4.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第二控制电路包括: 恒压控制器，用于根据第二参考电压和第二反馈电压输出恒压控制信号，所述恒压控制信号适于控制每个所述第二开关变换器输出恒定电压； 辅助晶体管控制电路，用于根据第二反馈电压输出第一控制信号和第二控制信号以分别控制第一辅助晶体管和第二辅助晶体管，使得在第二反馈电压下降偏离所述第二参考电压超过第一阈值时所述第一辅助晶体管工作在线性区且所述第二辅助晶体管关断，在所述第二反馈电压上升偏离所述第二参考电压超过第二阈值时所述第一辅助晶体管关断且所述第二辅助晶体管工作在线性区； 逻辑电路，与恒压控制器的输出端和所述辅助晶体管控制电路的输出端连接，用于向每个所述第二开关变换器输出对应的开关控制信号，在第一控制信号和第二控制信号均指示关断时将所述恒压控制信号作为开关控制信号输出，在第一控制信号指示工作在线性区时输出使得开关变换器的主功率开关保持导通或保持为占空比最大的开关控制信号，在第二控制信号指示工作在线性区时输出使得开关变换器的主功率开关保持关断或保持为占空比最小的开关控制信号。5.根据权利要求3或4所述的功率变换器，其特征在于，所述辅助晶体管控制电路包括: 第一跨导放大器，同相输入端输入第二参考电压，反相输入端输入所述第二反馈电压，输出端输出所述第一控制信号； 第二跨导放大器，同相输入端输入所述第二反馈电压，反相输入端输入所述第二参考电压，输出端输出所述第二控制信号； 第一电阻，连接在所述第一跨导放大器的输出端和功率变换器的输出端之间； 第二电阻，连接在所述第二跨导放大器的输出端和接地端之间。6.根据权利要求3或4所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器包括N个第二开关变换器，N大于等于2; 所述恒压控制器用于输出具有M个不同相位的N路恒压控制信号，所述N路恒压控制信号用于分别控制对应的第二开关变换器输出恒定电压，M小于等于N。7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，所述第一控制器输出的用于控制第一开关变换器的第一开关控制信号与所述N路恒压控制信号的相位均不相同。8.一种功率变换器的功率级电路，包括: 第一开关变换器，连接在所述功率变换器的输入端和中间端之间，受控向所述中间端输出第一输出电压； 第一辅助晶体管，连接在所述中间端和所述功率变换器的输出端之间，在负载向上跳变时受控工作于线性区； 第二辅助晶体管，连接在所述中间端和接地端之间，在负载向下跳变时受控工作于线性区； 至少一个第二开关变换器，并联连接在所述功率变换器的输入端和输出端之间，所有所述第二开关变换器受控向所述中间端输出第二输出电压； 所述第一输出电压高于所述第二输出电压。9.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器包括N个第二开关变换器，N大于等于2; 所述N个第二开关变换器分别受控于具有M个不同相位的恒压控制信号输出恒定电压，M小于等于N。
【文档编号】H02M1/088GK105871181SQ201610324238
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】沈志远
【申请人】南京矽力杰半导体技术有限公司