阅读说明：本技术 一种两级联变换器控制电路和直流通信电源 (Two-stage converter control circuit and direct current communication power supply ) 是由 尹德材 刘孝臣 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：两级联变换器控制电路和直流通信电源,包括：非隔离变换器、隔离变换器、PWM发生器、非隔离变换器控制芯片以及采样电路；非隔离变换器的第一输出端与隔离变换器的第一输入端相连；非隔离变换器的第二输出端与隔离变换器的第二输入端相连；PWM发生器,用于输出第一时钟信号和第二时钟信号,第二时钟信号为第一时钟信号的二分频；采样电路用于采集隔离变换器的输出信号；隔离变换器用于获取第二时钟信号,将第二时钟信号作为隔离变换器的控制信号的触发信号；非隔离变换器控制芯片用于基于PWM发生器输出的第一时钟信号向非隔离变换器输出控制信号,以控制非隔离变换器和隔离变换器同步工作,使得非隔离变换器可以应用在直流通信电源中。(Two cascade connection converter control circuit and direct current communication power supply include: the device comprises a non-isolated converter, an isolated converter, a PWM generator, a non-isolated converter control chip and a sampling circuit; the first output end of the non-isolated converter is connected with the first input end of the isolated converter; the second output end of the non-isolated converter is connected with the second input end of the isolated converter; the PWM generator is used for outputting a first clock signal and a second clock signal, and the second clock signal is the halving frequency of the first clock signal; the sampling circuit is used for collecting the output signal of the isolated converter; the isolation converter is used for acquiring a second clock signal and taking the second clock signal as a trigger signal of a control signal of the isolation converter; the non-isolated converter control chip is used for outputting a control signal to the non-isolated converter based on the first clock signal output by the PWM generator so as to control the non-isolated converter and the isolated converter to work synchronously, so that the non-isolated converter can be applied to a direct-current communication power supply.)

一种两级联变换器控制电路和直流通信电源

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种通过非隔离电源控制芯片实现隔离的两级联变换器控制电路和直流通信电源。

背景技术

现有技术中，直流通信电源常规采用标准即先进的电信计算平台结构(AdvancedTelecom Computing Architecture，以下简称ATCA)架构，所述直流通信电源通常作为48V或其他电压的母线电源来使用，当采用直流通信电源作为母线电源来使用时，母线电源的要求对应为：宽输入电压范围、高功率密度、电源原副边需要隔离；为了满足宽输入电压范围要求，目前比较流行两级变换器；为实现高功率密度，电源就需要具备高效率的特点，为了提高电源效率就需要使用高效率电源拓扑结构；目前市场出现了一些非常优秀的非隔离控制芯片，这些非隔离控制芯片具体宽输入电压范围，高效率的非隔离变换器；但由于母线电源都需要原副边隔离处理，导致这些非隔离控制芯片目前无法使用在直流通信电源中，如何让更多优秀的电源拓扑结构能够应用于直流通信电源中，是本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种两级联变换器控制电路和直流通信电源，以实现将非隔离控制芯片应用在所述直流通信电源中。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种两级联变换器控制电路，包括：

非隔离变换器、隔离变换器、PWM发生器、非隔离变换器控制芯片以及采样电路；

所述非隔离变换器的第一输出端与所述隔离变换器的第一输入端相连；

所述非隔离变换器的第二输出端与所述隔离变换器的第二输入端相连；

所述PWM发生器，用于输出第一时钟信号和第二时钟信号，所述第二时钟信号为所述第一时钟信号的二分频；

所述采样电路用于采集所述隔离变换器的输出信号；

所述隔离变换器用于获取所述第二时钟信号，将所述第二时钟信号作为所述隔离变换器的驱动信号；

所述非隔离变换器控制芯片用于基于所述PWM发生器输出的第一时钟信号向所述非隔离变换器输出控制信号，以控制所述非隔离变换器和隔离变换器同步工作，并基于所述采样电路采集到的所述隔离变换器的输出信号，调整向所述非隔离变换器输出的控制信号，以实现所述隔离变换器的输出信号的闭环控制。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，包括：

所述第二时钟信号包括CLK2-A信号和CLK2-B信号，其中，所述CLK2-A信号和所述CLK2-B信号是一对互补的、且占空比为50％PWM信号。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，所述非隔离变换器为Buck式非隔离变换器、Boost式非隔离变换器、Buck-Boost式非隔离变换器或Cuk式非隔离变换器。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，所述隔离变换器为互补型双50％固定占空比的隔离变换器。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，所述隔离变换器为推挽式隔离变换器、半桥式隔离变换器、全桥式隔离变换器、正激式隔离变换器或反激式隔离变换器。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，所述PWM发生器为基于微控制器或模拟电路实现的PWM电路。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，当所述非隔离变换器为Buck-Boost式非隔离变换器时，所述非隔离变换器包括：

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电感和第一电容；

所述第一开关管的第一端与外部电源正输出端相连，所述第一开关管的第二端与所述第一电感的第一端相连，所述第一开关管的第一端作为所述非隔离变换器的第一输入端；

所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第二端相连，所述第二开关管的第二端与所述外部电源的负输出端相连，所述第二开关管的第二端作为所述非隔离变换器的第二输入端；

所述第三开关管的第一端与所述第一电感的第二端相连，所述第三开关管的第二端与所述外部电源的负输出端相连；

所述第四开关管的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第四开关管的第二端与所述第一电感的第二端相连，所述第四开关管的第一端作为所述非隔离变换器的第一输出端；

所述第一电容的第二端与所述第三开关管的第二端相连，所述第第一电容的第二端作为所述非隔离变换器的第二输出端。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，当所述隔离变换器为推挽式隔离变换器时，所述隔离变换器包括：

第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二电容、第一隔离变压器和第二隔离变压器；

所述第一隔离变压器的主绕组的第二端与所述第二隔离变压器的主绕组的第一端相连，所述第一隔离变压器的主绕组的第二端作为所述隔离变换器的第一输入端；所述第一隔离变压器的次级绕组的第二端与所述第二隔离变压器的次级绕组的第一端相连，所述第一隔离变压器的次级绕组的第二端作为所述隔离变换器的第一输出端；

所述第五开关管的第一端与所述第一隔离变压器的主绕组的第一端相连，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第二端相连；

所述第六开关管的第一端与所述第二隔离变压器的主绕组的第二端相连，所述第六开关管的第二端作为所述隔离变换器的第二输入端；

所述第七开关管的第一端与所述第一隔离变压器的次级绕组的第一端相连，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第二隔离变压器的次级绕组的第二端相连，所述第八开关管的第二端作为所述隔离变换器的第二输出端。

可选的，上述两级联变换器控制电路中，各个所述开关管为MOS管或三极管。

一种直流通信电源，包括上述任意一项所述的两级联变换器控制电路。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案包括：非隔离变换器、隔离变换器、PWM发生器、非隔离变换器控制芯片以及采样电路；所述PWM发生器，用于输出第一时钟信号和第二时钟信号，所述第二时钟信号为所述第一时钟信号的二分频；所述采样电路用于采集所述隔离变换器的输出信号；所述隔离变换器用于获取所述第二时钟信号，将所述第二时钟信号作为所述隔离变换器的驱动信号；所述非隔离变换器控制芯片用于基于所述PWM发生器输出的第一时钟信号向所述非隔离变换器输出控制信号，以控制所述非隔离变换器和隔离变换器同步工作，并基于所述采样电路采集到的所述隔离变换器的输出信号，调整向所述非隔离变换器输出的控制信号，以实现所述隔离变换器的输出信号的闭环控制。本方案通过向所述非隔离变换器输出第一时钟信号，向所述隔离变换器输出所述第二时钟信号，使得所述非隔离变换器与所述隔离变换器的工作频率相一致，进而使得所述非隔离变换器可以应用在直流通信电源中，从而提高了所述直流通信电源的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种两级联变换器控制电路的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的两级联变换器控制电路中第一时钟信号与非隔离变换器控制芯片的控制信号的逻辑关系示意图；

图3为本申请实施例提供的第二时钟信号与所述第一时钟信号之间的比较示意图；

图4为本申请另一实施例公开的一种两级联变换器控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

例如，目前市场出现了一些非常优秀的Buck-Boost非隔离控制芯片，这些Buck-Boost非隔离控制芯片具体宽输入电压范围，高效率的非隔离变换器；但由于现有的母线电源都需要原副边隔离处理，导致这些非隔的Buck-Boost非隔离控制芯片目前无法使用在直流通信电源中，限制了直流通信电源的性能。

实施例一

针对于现有技术中，本申请公开了一种两级联变换器控制电路，实现了将非隔离控制芯片应用到母线电源中，参见图1，本申请公开了一种两级联变换器控制电路，该控制电路包括：

非隔离变换器100、隔离变换器200、PWM发生器300、非隔离变换器控制芯片400以及采样电路500；

所述非隔离变换器100的第一输出端与所述隔离变换器200的第一输入端相连，其中，所述非隔离变换器100的第一输出端可以指的是所述非隔离变换器100的正输出端，即，所述非隔离变换器100的第一输出端输出的是正电压信号，对应的，所述非隔离变换器100的第二输出端可以指的是所述非隔离变换器100的负输出端，即，所述非隔离变换器100的第二输出端输出的是负电压信号；

所述隔离变换器200的第二输出端与所述隔离变换器的第二输入端相连，与所述非隔离变换器100的第一输出端和第二输出端相对应，所述非隔离变换器100200的第一输入端为正输入端。所述隔离变换器200的第二输入端为负输入端；所述隔离变换器200在获取到所述PWM发生器300输出的第二时钟信号时，将所述第二时钟信号作为所述隔离变换器的驱动信号，例如，当所述第二时钟信号的高电平到来时，向所述隔离变换器输出控制信号，当所述第二时钟信号的高电平消失时，暂停向所述隔离变换器输出控制信号，当所述第二时钟信号的下一个高电平信号到来时，基于上次暂停的节点，以该暂停的节点为起始点，继续向所述隔离变换器下发控制信号；

所述PWM发生器300，用于输出预设频率的PWM时钟信号，具体的，其输出的时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，所述第二时钟信号为所述第一时钟信号的二分频，其中，所述PWM发生器300将所述第一时钟信号发送给所述非隔离变换器100，用来给所述非隔离变换器100频率同步，所述PWM发生器300将所述第二时钟信号发送给所述隔离变换器200，作为所述隔离变化器200的控制信号来使用，当所述隔离变化器200获取到所述第二时钟信号时，基于所述第二时钟信号来控制所述隔离变化器200中的各个开关元件的导通状态；

所述采样电路500用于采集所述隔离变换器200的输出信号，将所述隔离变换器200的输出信号发送给所述非隔离变换器控制芯片400，以使得所述非隔离变换器控制芯片400依据所述隔离变换器200的输出信号与预设的期望输出信号之间的差值，通过该差值，调整非隔离变换器控制芯片400向所述非隔离变换器100下发的控制信号，从而调整所述非隔离变换器100的输出信号，最终使得所述隔离变换器200的输出信号稳定在所述期望输出信号上；

所述非隔离变换器控制芯片400用于基于所述PWM发生器300输出的第一时钟信号向所述非隔离变换器100输出控制信号，以控制所述非隔离变换器100和隔离变换器同步工作，其中，所述第一时钟信号是频率同步信号，其可以为PWM脉冲信号，频率同步功能是在所述非隔离变换器控制芯片400内部实现的；所述非隔离变换器控制芯片400在获取到该频率同步信号后，就会依据该频率同步信号提供输出信号，从而实现频率同步功能，不同的具有频率同步功能的非隔离变换器控制芯片400所要求的第一时钟信号的占空比、幅值和频率不同，即所述第一时钟信号为与所述非隔离变换器控制芯片400相适配的频率同步信号，详细的频率同步功能说明可以参考带频率同步功能的非隔离控制芯片LM5176规格书中8.3.9Frequency and Synchronization(RT/SYNC)说明，在此不再进行过多说明。

在本申请实施例公开的技术方案中，频率同步有两个功能：

1、非隔离变换器控制芯片400按所述第一时钟信号的频率工作：例如非隔离变换器控制芯片400设置的频率为280kHZ，如果所述第一时钟信号的频率为300KHZ，那么，将所述第一时钟信号加载至所述非隔离变换器控制芯片400时，所述非隔离变换器控制芯片400工作在300KHZ，而不是工作在280kHZ；

2、同步功能，当将所述第一时钟信号加载至所述非隔离变换器控制芯片400时，可以使得所述非隔离变换器控制芯片400的控制信号(PWM信号)的上升沿或下降沿和所述第一时钟信号的上升沿或下降沿在同一时间，具体见图2所示，在图2给出的信号示意图中，所述CLK1用于表示第一时钟信号，非隔离变换器PWM用于表示所述非隔离变换器控制芯片400的控制信号，由该信号示意图可见，当所述第一时钟信号的上升沿到来时，所述非隔离变换器PWM的上升沿也到来，即，使得所述非隔离变换器PWM的上升沿与所述第一时钟信号的上升沿同步。

在本申请上述实施例公开的技术方案中，所述第二时钟信号提供给隔离变换器200作为驱动信号来使用，所述第二时钟信号可以由两个PWM组成，其中一个PWM信号记为CLK2-A，另一个PWM信号记为CLK2-B，并且，所述CLK2-A和CLK2-B是一对互补的、且占空比为50％PWM信号，具体，所述第二时钟信号、CLK2-A和CLK2-B之间的关系可以参见图43所示，在图3提供的示意图中，所述CLK2-A作为PULL信号作用在所述隔离变换器200的相关开关器件中，所述CLK2-B作为PUSH信号作用在所述隔离变换器200的另外一些开关器件中。

参见图3，在本申请实施例公开的技术方案中，所述第二时钟信号是所述第一时钟信号的二分频信号，例如当所述第一时钟信号的频率为300KHZ时，那么所述CLK2-A和CLK2-B的频率均为150KHZ。

在本申请实施例公开的技术方案中，通过向所述非隔离变换器100输出第一时钟信号，向所述隔离变换器输出所述第二时钟信号，使得所述非隔离变换器100与所述隔离变换器的工作频率相一致，进而使得所述非隔离变换器100可以应用在直流通信电源中，从而提高了所述直流通信电源的性能。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的占空比可以依据用户需求自行设定，所述占空比可以理解为，在时钟信号中，一个周期内高电平信号所占的整个周期时长的比例，例如，一个周期时长为1S，在每个周期内，高电平信号所占的时长为0.5S，则该时钟信号的占空比则为50％，可选的，在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一时钟信号和第二时钟信号的占空比可以设置为50％，且在占空比为50％的基础上，所述第二时钟信号的频率为所述第一时钟信号频率的二分之一。

实施例二

在本实施例公开的技术方案中，所述两级联变换器控制电路同样可以包括：非隔离变换器100、隔离变换器200、PWM发生器300、非隔离变换器控制芯片400以及采样电路500，其中，所述非隔离变换器100、隔离变换器200、PWM发生器300、非隔离变换器控制芯片400以及采样电路500的具体功能与作用，请参见实施例一所示。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述非隔离变换器100、隔离变换器和PWM发生器300的类型可以依据用户需求自行选择，例如，所述非隔离变换器100为Buck式非隔离变换器100、Boost式非隔离变换器100、Buck-Boost式非隔离变换器100、Cuk式非隔离变换器100或者是其他类型的非格力变换器，所述隔离变换器可以选型为互补型双50％固定占空比的隔离变换器，其具体类型为：推挽式隔离变换器、半桥式隔离变换器、全桥式隔离变换器、正激式隔离变换器、反激式隔离变换器或者是其他类型的能够实现互补双50％固定占空比的隔离变换器。其中，所述PWM发生器300可以为基于微控制器或模拟电路实现的PWM电路。

下面，为了使得用户更加直观的了解本申请所公开的两级联变换器控制电路的具体结构形式，参见图4，申请人采用Buck-Boost式非隔离变换器和推挽式隔离变换器对所述两级联变换器控制电路的具体结构进行举例说明，参见图4，当所述非隔离变换器100为Buck-Boost式非隔离变换器时，所述非隔离变换器100包括：

第一开关管VT1、第二开关管VT2、第三开关管VT3、第四开关管VT4、第一电感L1A和第一电容C1；

具体的：

所述第一开关管VT1的第一端与外部电源正输出端相连，所述第一开关管VT1的第二端与所述第一电感L1A的第一端相连，所述第一开关管VT1的第一端作为所述非隔离变换器100的第一输入端；

所述第二开关管VT2的第一端与所述第一开关管VT1的第二端相连，所述第二开关管VT2的第二端与所述外部电源的负输出端相连，所述第二开关管VT2的第二端作为所述非隔离变换器100的第二输入端；

所述第三开关管VT3的第一端与所述第一电感L1A的第二端相连，所述第三开关管VT3的第二端与所述外部电源的负输出端相连；

所述第四开关管VT4的第一端与所述第一电容C1的第一端相连，所述第四开关管VT4的第二端与所述第一电感L1A的第二端相连，所述第四开关管VT4的第一端作为所述非隔离变换器100的第一输出端；

所述第一电容C1的第二端与所述第三开关管VT3的第二端相连，所述第第一电容C1的第二端作为所述非隔离变换器100的第二输出端。

其中，图4中所示的Buck-LO信号、Buck-HO信号、Boost-LO信号和Boost-HO信号分别为所述Buck-Boost式非隔离变换器中的各个开关管的控制信号。

参见图4，当所述隔离变换器为推挽式隔离变换器时，所述隔离变换器包括：

第五开关管VT5、第六开关管VT6、第七开关管VT7、第八开关管VT8、第二电容C2、第一隔离变压器T1和第二隔离变压器T2，其中，所述第一隔离变压器T1和第二隔离变压器T2可以集成在同一个隔离变压器壳体内；

具体的：

所述第一隔离变压器T1的主绕组的第二端与所述第二隔离变压器T2的主绕组的第一端相连，所述第一隔离变压器T1的主绕组的第二端作为所述隔离变换器的第一输入端；

所述第一隔离变压器T1的次级绕组的第二端与所述第二隔离变压器T2的次级绕组的第一端相连，所述第一隔离变压器T1的次级绕组的第二端作为所述隔离变换器的第一输出端；

所述第五开关管VT5的第一端与所述第一隔离变压器T1的主绕组的第一端相连，所述第五开关管VT5的第二端与所述第六开关管VT6的第二端相连；

所述第六开关管VT6的第一端与所述第二隔离变压器T2的主绕组的第二端相连，所述第六开关管VT6的第二端作为所述隔离变换器的第二输入端；

所述第七开关管VT7的第一端与所述第一隔离变压器T1的次级绕组的第一端相连，所述第七开关管VT7的第二端与所述第八开关管VT8的第二端相连；

所述第八开关管VT8的第一端与所述第二隔离变压器T2的次级绕组的第二端相连，所述第八开关管VT8的第二端作为所述隔离变换器的第二输出端。

在本申请上述实施例公开的技术方案中，各个所述开关管为MOS管或三极管。

其中，图4中所示的PUSH信号、S-PUSH信号、PULL信号和S-PULL信号分别为所述推挽式隔离变换器中的各个开关管的控制信号，其中，所述PUSH信号和S-PUSH信号可以采用所述第二时钟信号中的CLK2-A，所述PULL信号和S-PULL可以采用所述第二时钟信号中的CLK2-B。

其中，图4中所述CLK1为第一时钟信号，CLK2为第二时钟信号。

对应于上述实施例公开的技术方案，本申请还公开了一种直流通信电源，以及应用该直流通信电源的电子设备，该电子设备可以为电脑、PC机等任意一种能够应用直流通信电源的电子设备，其中，所述直流通信电源可以包括上述任意一项实施例所述的两级联变换器控制电路。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。