[發明專利]級聯變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 202110945447.6
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113794379A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 何祖偉;秦亞霄
• 申請（專利權）人: 華為數字能源技術有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/42;H02M1/32
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強;李稷芳

本申請提供了一種級聯變換器及其控制方法，該級聯變換器包括第一級變換器和第二級變換器，第一級變換器包括第一級控制器和第一級功率電路，第一級功率電路的輸出端連接第二級變換器的輸入端，用于向第二級變換器的輸入端輸出電壓。第一級控制器獲取第一級功率電路的輸出電壓，并控制第一級功率電路的輸出電壓大于或者等于第一預設輸出電壓閾值。采用本申請，級聯變換器可在其處于待機/輕載狀態時，通過檢測和調整其內部第一級功率電路的輸出電壓，保證第一級功率電路的輸出電壓維持在大于或者等于第一預設輸出電壓閾值的范圍，從而可提高其應對突變負載的能力，進而可提高其對負載供電時的穩定性，適用性強。

技術領域

本申請涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種級聯變換器及其控制方法。

背景技術

能效法規日益嚴酷，除規定平均效率外，各種能效要求對空載、10％負載及各種指定極輕載下的能效均有嚴格要求，對電源輕載控制的要求越來越高。目前大量級聯變換器的前級功率電路，如適配器用的功率因素校正(Power Factor Correction,PFC)電路，并未對此類系統輕載工況作優化，在輕載下PFC電路繼續工作不僅沒有必要，且會顯著增加待機/輕載功耗，反而難以滿足相關法規。因此，對前級功率電路在待機/輕載下的工況進行優化，是提升級聯變換器待機/輕載效率，滿足法律法規要求的重要手段。

目前，如圖1a所示的級聯變換器，該級聯變換器的前級功率電路為PFC電路，后級功率電路為隔離式反激電路。該級聯變換器主要是通過后級副邊控制器檢測級聯變換器的輸出功率，并在確定級聯變換器處于待機/輕載工況時，通過第二光耦和信號轉換電路向PFC電路控制器發送PFC關閉信號。PFC電路控制器根據PFC關閉信號關閉PFC電路控制器，從而使前級PFC電路中的可控功率管關斷，進而實現在空載/輕載工況下關閉前級PFC電路，提升空載/輕載效率。

但是，上述方式在級聯變換器的負載突然增大時，母線電壓很可能已因PFC長時間關閉而處于較低水平，且由于前級功率電路固有的響應延時，導致母線電壓(即PFC電路的輸出電壓)進一步不可避免地跌落(具體可參見圖1b所示的時序圖)，進而導致級聯變換器的輸出電壓也會跌落風險，存在應對突變負載能力弱的問題，適用性差。

發明內容

本申請提供了一種級聯變換器及其控制方法，級聯變換器可在其處于待機/輕載狀態時，通過檢測和調整其內部第一級功率電路的輸出電壓，保證第一級功率電路的輸出電壓維持在大于或者等于第一預設輸出電壓閾值的范圍，從而可提高其應對突變負載的能力，進而可提高其對負載供電時的穩定性，適用性強。

第一方面，本申請提供了一種級聯變換器，該級聯變換器包括第一級變換器和第二級變換器，第一級變換器包括第一級控制器和第一級功率電路，第一級功率電路的輸出端連接第二級變換器的輸入端，用于向第二級變換器的輸入端輸出電壓。第一級控制器獲取第一級功率電路的輸出電壓，并控制第一級功率電路的輸出電壓大于或者等于第一預設輸出電壓閾值，使母線電容C上存儲的電能能夠得到及時補充，保證第一級功率電路的輸出電壓維持在較高范圍內，從而可避免負載突然增大時，由于母線電容C上存儲的電能無法得到及時補充而造成級聯變換器的輸出電壓跌落的情況，進而可有效提高應付負載的突變能力，適用性強。

結合第一方面，在第一種可能的實施方式中，第二級變換器包括第二級控制器，第二級控制器連接第一級控制器。在第二級變換器的輸出功率小于預設輸出功率閾值時，第二級控制器向第一級控制器發送第一控制信號，以控制第一級控制器處于關閉狀態或者休眠狀態，從而降低級聯變換器在待機/輕載狀態下的功耗，提升級聯變換器的待機/輕載效率。此外，由于第一級控制器和第二級控制器連接，因此，相對圖1a所示的現有技術中由后級副邊控制器關閉PFC電路控制器來提升級聯變換器的待機/輕載效率的方式而言，不需額外增加光耦和信號轉換電路，可降低設備成本以及減小設備體積，有利于小型化高密設計。