反激控制电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种反激控制电路，包括控制开关管和钳位管的集成控制电路，集成控制电路包括开关管的驱动单元、钳位管的驱动单元和关断保持驱动单元，在轻载或空载时，反激控制电路的工作周期由单周期的时间和关断保持的时间构成，开关管与钳位管在单周期内以互补方式开通，开关管和钳位管在关断保护时间内均处于关断状态；单周期由开关管的开通时间与钳位管的开通时间以及其间的死区时间之和形成，单周期的时间时长为一固定值；关断保持时间是自钳位管关断开始，到开关管再次开通为止的这段时间。与现有技术相比，本实用新型专利技术在保证轻载以上的负载下实现传统电路的效率和EMI优势的条件下，改善轻载效率，降低空载功耗。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及开关变换器领域，特别涉及反激有源钳位、不对称半桥类开关变换器的控制电路。
技术介绍
随着电力电子领域迅猛的发展使得开关变换器应用的越来越广泛，特别是人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。一般传统的小功率AC/DC变换器采用反激拓扑实现，它具有结构简单、成本低廉等优点；但是普通反激拓扑是硬开关，而且不能回收漏感能量，因此限制了中小功率产品的效率和体积，为了满足功率变换器的小型化、轻量化、模块化的发展趋势，软开关技术已成为电力电子技术的热点之一。作为代表的软开关拓扑LLC，因为可以实现零电压开通和零电流关断所以开关损耗很小可以做到很高频率，非常适合应用在大功率场合，在中小功率场合因为它的成本太高，控制复杂等一系列因素限制所以使用并不广泛。目前最接近反激拓扑，又能够实现部分软开关的拓扑是有源钳位反激拓扑和不对称半桥反激拓扑，他们的电路分别如图1和图2所示，这两个拓扑的共同点是都能够实现开关管的ZVS，满载效率比普通反激要高，电压应力和EMI也比普通反激好，但是两个拓扑都有一个缺点就是在负载很小的时候效率极差，空载功耗极高，很难实现产品化，因为两个拓扑的空载和轻载特点是几乎一致的所以在本文中以反激有源钳位为说明对象进行说明，如图1，C1为输入电容，T1为变压器，LK为变压器漏感，S1和S2分别是主开关管和钳位开关管，Cr是钳位电容，D1为输出整流二极管，C2为输出电容。普通反激有源钳位的空载波形如图3所示，VGS1和VGS2为S1和S2的驱动电压波形，ILM为激磁电感电流波形，IS1为流过S1的电流，ICR为流过谐振电容的电流，Id为流过整流二极管的电流。假设主开关管S1的占空比为D，则钳位管S2的占空比为(1-D)，为了避免主开关管S1和钳位管S2共通，导致管子因电流过大击穿，两个管子之间要加上一定的死区时间，总的工作周期为T。T0时刻，开关管S1开通，输入电压给激磁电感负向去磁，激磁电流过零后正向激磁，电流从电压输入端流向变压器然后流经开关管S1，变压器副边整流二极管几乎没有电流流过，T1时刻，S1关断，此时原边电流给S1的结电容充电，S2的结电容放电，当S1结电容电压达到Vin+N*Vo(N为变压器原副边匝比)时原边电流通过S2的体二极管流向谐振电容，副边空载几乎没有电流，所以在T1-T4期间是原边的钳位电容在和整个激磁电感谐振，激磁电流首先正向减小然后负向增加，正向和负向的电流峰值是一样大的，也就是说没有能量传输到副边，平均输出电流为零。其空载功耗大和轻载效率低的损耗来源主要是：一、峰值电流大，电流有效值大，引起关断损耗和绕组损耗大；二、开关频率高，进一步增加了关断损耗，同时磁芯的铁损也很大。峰值电流大是因为该类互补工作型的拓扑在空载和满载下占空比几乎是不变的，所以峰值电流会比较大，同时因为空载和满载的占空比变化不大所以不能直接降频，这样会导致激磁时间过长使变压器饱和从而击穿开关管。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种可以间接实现降频的反激控制电路方案，在保证轻载以上的负载下实现传统电路的效率和EMI优势的条件下，改善轻载效率，降低空载功耗。相应的，本技术还提供一种可以间接实现降频的反激控制方法方案。就电路方案而言，本技术提供一种反激控制电路，包括控制开关管和钳位管的集成控制电路，集成控制电路包括开关管的驱动单元和钳位管的驱动单元，开关管的驱动单元，生成开关管的驱动时序信号；钳位管的驱动单元，生成钳位管的驱动时序信号，集成控制电路，还包括关断保持驱动单元，在轻载或空载时，生成开关管和钳位管的关断保持的驱动时序信号；在轻载或空载时，开关管的开通时间与钳位管的开通时间以及其间的死区时间之和形成一单周期，单周期的时间时长为一固定值，开关管的开通时间与钳位管的开通时间在单周期内呈互补关系；单周期的时间和关断保持的时间构成总的工作周期。优选的，所述关断保持驱动单元，包括计时模块，其以计时方式记录开关管和钳位管的总开通时间，当到达单周期的设定时长时，产生钳位管关断状态的关断保持的开通时序信号；当工作周期达到总的工作周期时长时，开关管的驱动单元发出开通信号，使关断保持驱动单元复位，进入下一工作周期。优选的，所述计时模块，包括恒流源、第一开关、计时电容和计时比较器，在开关管的开通时序，第一开关开通，恒流源经第一开关给计时电容充电；在开关管的开通时序与钳位管的开通时序之间的死区时间，第一开关关断，计时电容电荷保持不变；在钳位管的开通时序，第一开关开通，恒流源经第一开关给计时电容继续充电，计时比较器检测到计时电容的电压达到参考电压Vref1时控制生成钳位管的关断保持时序的开始信号。优选的，当集成控制电路的FB脚的反馈电压在预设电压值以下时，计时模块开启，单周期内开关管和钳位管的导通成互补状态，反激电路的工作频率随着FB脚电压降低而降低；当集成控制电路的FB脚的反馈电压在预设电压值以上时，计时模块不工作，反激电路以设定频率工作，钳位管和开关管互补开关。优选的，所述集成控制电路，其单周期依反激控制电路设定的最大工作频率fmax，得到其对应的周期为Tmin，即单周期的时长Tmin＝1/fmax，是一个固定值；并依其最大占空比Dmax，限制开关管的最大导通时间Tonmax为Tmin*Dmax；计时模块的计时时间为开关管和钳位管导通时间之和。优选的，所述反激控制电路，在开关管和钳位管的关断保持时间内，包含一个变换器的不工作时间段。优选的，所述反激控制电路，在开关管和钳位管的关断保持时序开始时，原边负向电流续流，首先把开关管S1的结电容电压抽到零后，负向电流流过开关管S1的体二极管，输入电压给原边电感负向去磁，使励磁电流降到零，原边电流也变为零，所述变换器的不工作时间段自此时刻开始，直至工作周期达到总的工作周期时长为止。优选的，所述关断保持驱动单元，其关断保持时间是自钳位管关断开始，到开关管再次开通为止的这段时间。就方法方案而言，本技术提供一种反激电路控制方法，包括如下步骤，在轻载或空载时，开关管的开通时间与钳位管的开通时间以及其间的死区时间之和形成一单周期时间，单周期的时间时长为一固定值，开关管的开通时间与钳位管的开通时间在单周期内呈互补关系；单周期时间以外的时间即关断保持的时间；单周期时间和关断保持时间构成反激控制电路总的工作周期。优选的，所述单周期的时间长度是通过计时一个固定时间的方式得到的，即所述单周期依反激控制电路设定的最大工作频率fmax，得到其对应的周期为Tmin，即单周期的时长Tmin＝1/fmax，是一个固定值；关断保持时间和总工作周期是根据负载变化而变化的。本技术反激控制电路，其实质是在单个最小固定周期内实现两个管子的互补开通，在整体工作频率上面实现降频，从而改善轻载效率和空载功耗。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：(1)不影响拓扑本身在轻负载以上的效率和EMI优势；(2)大大降低空载功耗；(3)提高了轻载效率；(4)可实现产品化。附图说明图1为有源钳位反激拓扑电路原理图；图2为不对称半桥反激拓扑原理图；图3为传统有源钳位反激电路工作在空载下的波形图；图4为本技术反激控制电路的电路原理图；图5为本技术反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反激控制电路，包括控制开关管和钳位管的集成控制电路，集成控制电路包括开关管的驱动单元和钳位管的驱动单元，开关管的驱动单元，生成开关管的驱动时序信号；钳位管的驱动单元，生成钳位管的驱动时序信号，其特征在于：集成控制电路，还包括关断保持驱动单元，在轻载或空载时，生成开关管和钳位管的关断保持的驱动时序信号；在轻载或空载时，反激控制电路的工作周期由单周期的时间和关断保持的时间构成，开关管与钳位管在单周期内以互补方式开通，开关管和钳位管在关断保护时间内均处于关断状态；单周期由开关管的开通时间与钳位管的开通时间以及其间的死区时间之和形成，单周期的时间时长为一固定值；关断保持时间是自钳位管关断开始，到开关管再次开通为止的这段时间。

【技术特征摘要】
1.一种反激控制电路，包括控制开关管和钳位管的集成控制电路，集成控制电路包括开关管的驱动单元和钳位管的驱动单元，开关管的驱动单元，生成开关管的驱动时序信号；钳位管的驱动单元，生成钳位管的驱动时序信号，其特征在于：集成控制电路，还包括关断保持驱动单元，在轻载或空载时，生成开关管和钳位管的关断保持的驱动时序信号；在轻载或空载时，反激控制电路的工作周期由单周期的时间和关断保持的时间构成，开关管与钳位管在单周期内以互补方式开通，开关管和钳位管在关断保护时间内均处于关断状态；单周期由开关管的开通时间与钳位管的开通时间以及其间的死区时间之和形成，单周期的时间时长为一固定值；关断保持时间是自钳位管关断开始，到开关管再次开通为止的这段时间。2.根据权利要求1所述的反激控制电路，其特征在于：所述关断保持驱动单元，包括计时模块，其以计时方式记录开关管和钳位管的总开通时间，当到达单周期的设定时长时，产生钳位管关断状态的关断保持的开通时序信号；当工作周期达到总的工作周期时长时，开关管的驱动单元发出开通信号，使关断保持驱动单元复位，进入下一工作周期。3.根据权利要求2所述的反激控制电路，其特征在于：所述计时模块，包括恒流源、第一开关、计时电容和计时比较器，在开关管的开通时序，第一开关开通，恒流源经第一开关给计时电容充电；在开关管的开通时序与钳位管的开通时序之间的死区时间，第一开关关断，计时电容电荷保持不变；在钳位管的开通时序，第一开关开通，恒流源经第一开关给计时电容继续充电，计时比较器检测到计时电容的电压达到参考电压Vref1时控制生成钳位管的关断保持时序的开始信号。4.根据权利要求2所述的反激控制电路，其特征在于：当集成控制电路的FB脚的反馈电压在预设电压值以下时，计时模块开启，单周期内开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永宁，黄天华，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，深圳南云微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44