自适应零电压开关控制方法技术

自适应零电压开关控制方法，属于集成电路技术领域。本发明专利技术通过在每个开关周期内根据双向计数器量化该开关周期中功率管开启时刻与功率管漏端电压最低值产生时刻的差值，将量化结果通过双向计数器的最终计数结果传递到下一个开关周期中作为减计数器的初始计数值，从而调整功率管的开启时刻，使得经过调整后的功率管能够在功率管漏端电压最低时导通，减小开关损耗。本发明专利技术能够自适应的在功率管漏端电压达到最低时开启功率管，从而实现零电压开关，降低了开关电源的功耗，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
自适应零电压开关控制方法
本专利技术属于集成电路
，涉及一种自适应的在功率管漏端电压达到最低时开启功率管从而实现零电压开关的控制方法。
技术介绍
随着电子技术的飞速发展，各类电子产品成为人们生活中的必须品。电源是电子设备的部件之一，DC-DC变换器是开关电源的重要部分，转换器的功耗是衡量电源性能好坏的重要指标之一。在开关周期的不同时刻开启开关电源的功率管，开关电源的开关损耗不同，而在功率管漏端电压最低时开启功率管产生的开关损耗最小。在Buck的拓扑结构中，当功率管关断，电感L的电流降为0的时候，电感L和功率管漏端的寄生电容Cp会发生LC谐振。同样的，在谐振的不同时刻开启功率管，转换器的开关损耗是不同的，其中，功率管漏端谐振到达谷值的时候功率管漏端电压最低，此时开启功率管开关损耗最低。传统的控制方法中，谷值信号Valley和栅驱动电路的使能信号C是同一个信号，从栅驱动电路的使能信号C产生到功率管真正导通存在一定的延迟，使得功率管在谷值点之后导通，造成较大的系统功耗。此外，外部LC谐振频率会随着应用条件的不同而发生变化，且栅驱动电路延时也会受到外部功率管型号和温度等变化的影响，因此传统的设计方案存在不同的应用下会让系统的功耗不一致，无法适用于较宽的应用范围。
技术实现思路
针对传统开关电源中不能在功率管漏端电压最低时开启功率管造成的功耗较大，以及传统控制方法无法适用于较宽的应用范围等问题，本专利技术提出了一种适用于开关电源的控制方法，能够自适应的在功率管漏端电压达到最低时开启功率管从而实现零电压开关，降低了开关电源的功耗。本专利技术的技术方案为：自适应零电压开关控制方法，所述控制方法通过在每个开关周期内调整开关电源中功率管的开启时间，使得所述功率管在其漏端电压最低时开启，所述功率管由栅驱动电路控制开启或关断；在第N个开关周期内，所述调整开关电源中功率管开启时间的方法包括如下步骤，N为大于1的正整数：步骤一、所述功率管关断后，利用相同的时钟信号控制双向计数器和减计数器开始计数，所述双向计数器从零开始递增计数，所述减计数器从第N-1个开关周期中得到的双向计数器的最终计数结果开始递减计数；步骤二、当所述减计数器计数到零时，所述减计数器停止计数，所述双向计数器暂停计数，使能所述栅驱动电路；步骤三、检测所述功率管漏端电压是否达到最低值，同时检测所述栅驱动电路的输出电压是否翻转，当先检测到所述功率管漏端电压达到最低值时，利用所述时钟信号控制所述双向计数器递减计数直到检测到所述栅驱动电路的输出电压翻转时停止计数；当先检测到所述栅驱动电路的输出电压翻转时，将所述双向计数器递增计数一位后停止计数；步骤四、存储步骤三得到的所述双向计数器的最终计数结果并将其作为第N+1个开关周期内步骤一中所述减计数器开始计数时的初始值，随后将所述双向计数器清零；第一个开关周期内，所述功率管关断后利用所述时钟信号控制双向计数器从零开始递增计数，随后检测所述功率管漏端电压是否达到最低值，当检测到所述功率管漏端电压达到最低值时，使能所述栅驱动电路，同时所述双向计数器停止计数并将第一个开关周期内所述双向计数器的最终计数结果作为第二个开关周期内所述减计数器开始计数时的初始值。具体的，所述功率管漏端发生谐振时，步骤一中在所述功率管关断后首先检测所述功率管漏端是否发生谐振，当检测到谐振发生时利用振荡器产生所述时钟信号控制所述双向计数器和减计数器开始计数。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够自适应的在功率管漏端电压达到最低时开启功率管，从而实现零电压开关，降低了开关电源的功耗，适用范围广。附图说明图1为一种实现本专利技术提出的自适应零电压开关控制方法的控制电路拓扑图。图2为实施例中将本专利技术提出的自适应零电压开关控制方法适用于功率管漏端发生谐振时的流程图。图3为本专利技术提出的自适应零电压开关控制方法在实施例中的工作时序图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的阐述。本专利技术根据适用于开关电源，用于根据前一个开关周期采集的功率管导通时刻与功率管漏端电压最低值产生时刻的差异，改变后一个开关周期中功率管的开启时间。从功率管刚开启的时刻开始，直到功率管关断后再开启的时刻为止作为一个完整的开关周期，在每个开关周期内功率管关断之后，通过同样的时钟信号控制双向计数器和减计数器，使得减计数器从上一个开关周期中得到的双向计数器的最终计数结果开始递减计数到0时，双向计数器能够计数上一个开关周期中得到的双向计数器的最终计数结果，此时栅驱动电路使能，减计数器停止计数，双向计数器暂停计数；由于栅驱动电路使能后到功率管导通还有一端延迟时间，本专利技术中根据双向计数器量化该开关周期中功率管开启时刻与功率管漏端电压最低值产生时刻的差值，将量化结果通过双向计数器的最终计数结果传递到下一个开关周期中调整功率管的开启时刻，使得经过调整后功率管能够在功率管漏端电压最低时导通，减小开关损耗。一些开关电源中，电感和功率管漏端的寄生电容会发生LC谐振，下面以功率管漏端发生谐振为例详细描述本专利技术的工作过程和工作原理。如图1所示是一种实现本专利技术提出的自适应零电压开关控制方法的控制电路拓扑图，包括100MHz振荡器、第一控制模块Control_1、6bit双向计数器、6bit寄存器、第二控制模块Control_2和6bit减计数器，本实施例中开关电源中功率管为NMOS管，功率管由栅驱动电路控制，当栅驱动电路的输出信号G由低翻高时功率管被开启，栅驱动电路由减计数器的输出信号C使能；本实施例中通过一个谷值检测电路检测功率管漏端是否发生谐振以及谐振的谷值点，谷值检测电路产生的谐振产生信号Resonance翻高时表示谐振发生，谷值检测电路产生的谷值信号Valley翻高时表示检测到谷值最低点。如图2所示是本实施例中的工作流程图，在第N个开关周期包括如下步骤：a、在第N个开关周期，功率管关断，电感电流开始下降，当电感电流降为0时，功率管漏端开始谐振，谷值检测电路检测到谐振，把谐振产生信号Resonance翻高，利用谐振产生信号Resonance使能100MHz振荡器，100MHz振荡器产生100MHz的方波信号连接第一控制模块Control_1和第二控制模块Control_2，第一控制模块Control_1将100MHz的方波信号输出作为双向计数器的时钟信号控制双向计数器从零开始递增计数，同时第二控制模块Control_2也将100MHz的方波信号输出作为减计数器的时钟信号控制减计数器从第N-1个开关周期中得到的双向计数器的最终计数结果TN-1开始递减计数。b、当减计数器减为0时，减计数器停止工作，减计数器输出的栅驱动电路的使能信号C翻高。栅驱动电路的使能信号C翻高有两个作用：一个是使能栅驱动电路，让栅驱动电路开启功率管，另一个是反馈给第一控制模块Control_1，第一控制模块Control_1接收到高电平的栅驱动电路的使能信号C后立即让双向计数器暂停工作，进入等待状态。c、在双向计数器等待的过程中，利用谷值检测电路检测功率管漏端谐振是否到达谷值点，到达谷值点时将谷值信号Valley翻高，同时检测栅驱动电路的输出信号G是否翻高开启了功率管，将谷值信号Valley和栅驱动电路的输出信号G反馈给第一控制模块Control_本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自适应零电压开关控制方法，其特征在于，所述控制方法通过在每个开关周期内调整开关电源中功率管的开启时间，使得所述功率管在其漏端电压最低时开启，所述功率管由栅驱动电路控制开启或关断；在第N个开关周期内，所述调整开关电源中功率管开启时间的方法包括如下步骤，N为大于1的正整数：步骤一、所述功率管关断后，利用相同的时钟信号控制双向计数器和减计数器开始计数，所述双向计数器从零开始递增计数，所述减计数器从第N‑1个开关周期中得到的双向计数器的最终计数结果开始递减计数；步骤二、当所述减计数器计数到零时，所述减计数器停止计数，所述双向计数器暂停计数，使能所述栅驱动电路；步骤三、检测所述功率管漏端电压是否达到最低值，同时检测所述栅驱动电路的输出电压是否翻转，当先检测到所述功率管漏端电压达到最低值时，利用所述时钟信号控制所述双向计数器递减计数直到检测到所述栅驱动电路的输出电压翻转时停止计数；当先检测到所述栅驱动电路的输出电压翻转时，将所述双向计数器递增计数一位后停止计数；步骤四、存储步骤三得到的所述双向计数器的最终计数结果并将其作为第N+1个开关周期内步骤一中所述减计数器开始计数时的初始值，随后将所述双向计数器清零；第一个开关周期内，所述功率管关断后利用所述时钟信号控制双向计数器从零开始递增计数，随后检测所述功率管漏端电压是否达到最低值，当检测到所述功率管漏端电压达到最低值时，使能所述栅驱动电路，同时所述双向计数器停止计数并将第一个开关周期内所述双向计数器的最终计数结果作为第二个开关周期内所述减计数器开始计数时的初始值。...

【技术特征摘要】
1.自适应零电压开关控制方法，其特征在于，所述控制方法通过在每个开关周期内调整开关电源中功率管的开启时间，使得所述功率管在其漏端电压最低时开启，所述功率管由栅驱动电路控制开启或关断；在第N个开关周期内，所述调整开关电源中功率管开启时间的方法包括如下步骤，N为大于1的正整数：步骤一、所述功率管关断后，利用相同的时钟信号控制双向计数器和减计数器开始计数，所述双向计数器从零开始递增计数，所述减计数器从第N-1个开关周期中得到的双向计数器的最终计数结果开始递减计数；步骤二、当所述减计数器计数到零时，所述减计数器停止计数，所述双向计数器暂停计数，使能所述栅驱动电路；步骤三、检测所述功率管漏端电压是否达到最低值，同时检测所述栅驱动电路的输出电压是否翻转，当先检测到所述功率管漏端电压达到最低值时，利用所述时钟信号控制所述双向计数器递减计数直到检测到所述栅驱动电路的输出电压翻转时停止...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽坤，钱俊林，刘晓琳，石跃，王卓，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51