一种零电压开关的反激式开关电源控制方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种零电压开关的反激式开关电源控制方案，该控制方案将传统的辅助电源整流管设计为可控的辅助功率开关管，控制辅助功率开关管在主功率开关管开通之前先开通一段时间，实现变压器原边绕组反向励磁产生负向电流，使主功率开关管寄生二极管导通，实现主功率开关管零电压开通，减少主功率管的开通损耗，同时将辅助电源的多余的能量回馈至输入端，提高电路的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种零电压开通的反激式开关电源控制方法及电路
本专利技术涉及反激式开关电源领域，尤其涉及一种具有零电压开通的反激式开关电源控制方法及电路。
技术介绍
随着技术的发展，高频化已经成为开关电源发展的一种趋势，高频化可以有效的减小开关电源的体积，但是高频化也导致开关器件的开关管损耗增加，所以在高频化的同时如何实现开关器件零电压、零电流开通、关断也成为高频化研究的重点。具有电路结构简单、成本低廉、性能优异的反激式电路拓扑广泛应用于中小功率的开关电源中，反激式开关电源具有连续模式和断续模式两种工作模式，一般情况下连续模式实现零电压、零电流开关难度较大，故目前很少有该方面的技术，而断续模式下整流管能实现零电流关断，且可以通过简单的控制实现主功率开关管零电压开通的要求。申请号为US2013/0148385A1的专利技术专利“ZEROVOLTAGESWITCHINGINFLYBACKCONVERTERSWITHVARIABLEINPUTVOLTAGES”专利中讲述了一种实现主开关管零电压开通的控制方式，该专利中主要针对准谐振控制模式下不能完全实现低压输入和高压输入下零电压开通，提出一种新的控制方式，在同步整流电路基础上增加一控制信号实现如下功能，在原边开关管开通前，先将副边整流管开通一端时间，实现原边绕组反向励磁，产生负向电流，继而实现原边开关管零电压开通，并检测输入电压高低来控制副边整流管的开通时间长短。该专利方案理论上可以实现原边开关管在高低压时都能实现零电压开通，但有如下诸多缺点：1.通过副边整流管将副边电容存储能量泄放回馈至原边，实现主功率管零电压开通，一方面导致电路的输出功率降低，电路的效率降低，另一方面同步整流开关管在泄放能量时是一种硬开关，在反向电流较大、输出电压较高的情况下势必会造成较大的开关损耗，同时也增大了同步整流开关管的电压应力。两者综合起来导致能量损耗可能要比开关管零电压开通节省的功耗大的多，这样虽然实现了零电压开通，但是电路效率依旧没有得到提高。2.电压需要通过检测输入电压调节反向励磁时间，这样增加了控制电路的复杂性。3.在变压器原副边绕组耦合较差时，漏感较大的情况下，缺点1将变的更为严重，易导致整个模块转换效率大幅度下降。4.参照本专利中提及的设计方法，在高压输入时，如果Vin>nVo要实现原边开关管零电压开通，则同步整流管要开通较长的时间，储能电容释放出足够多的能量，产生足够的负向电流供原边谐振以实现原边开关管零电压开通，在专利中也提到这样虽然可以实现零电压开通减少开通损耗，但是损失了较多的副边能量，设计时需要考虑零电压开通节省的功耗与为了实现零电压开通所损耗的能量的折中。发表于2014年4月第29卷第4期《电工技术学报》上的论文“电容钳位零电压开关同步整流反激变流器”中讲到通过在主功率开关管漏源极之间并联容值较大的电容吸收变压器漏感，利用专利US2013/0148385A1“ZEROVOLTAGESWITCHINGINFLYBACKCONVERTERSWITHVARIABLEINPUTVOLTAGES”中讲述到的类似控制方案实现主功率管零电压开通的效果。该方案虽然将电容吸收的漏感能量回馈到电源输入端，同样在原边关断时，控制副边整流管开通通过输出电压实现变压器反向励磁，原边绕组产生反向电流，进而实现主功率管零电压开通的效果，所以也存在转换效率低的问题，同样无法解决大漏感情况下应用受限的现象。反激式开关电源变压器至少具有三个绕组，分别为原边输入绕组、副边输出绕组和辅助供电绕组，其中辅助供电绕组是为控制系统中控制IC和其它耗能元件提供能量，该绕组需要提供的能量相对输出端较小，且该绕组输出端电压允许变化范围相对副边输出端要大。当变压器漏感较大时，辅助供电绕组会因为交叉调整率的出现以下两种情况：1.输出端负载较轻时，因为交叉调整率导致辅助供电输出电压较低，无法满足电路正常工作需要；2.输出端负载较重时，因为交叉调整率导致辅助供电输出电压较高，超出额定的范围损坏器件。一般情况下解决上述问题方法为：设计出辅助供电绕组电压，即使输出端电压为空载时，辅助电源电压也能满足工作要求，再通过稳压管或者使用线性稳压器强行将辅助供电电压限定在一定的电压范围内。该方法虽然能解决因为交叉调整率而导致系统无法正常工作，但是以上方案存在以下问题：1.稳压管的功率有限，长期工作在击穿状态会明显缩短使用寿命，影响可靠性；2.线性电源在辅助绕组电压较高时存在较大的功率损耗，影响电路的工作效率，同时也增加了系统的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种实现零电压开通的反激式开关电源控制方法，以实现主功率开关管在全输入电压范围内零电压开通，提升电路传输效率，解决辅助电源因交叉调整率导致的大范围波动问题。与此相应的，本专利技术的另一个目的是，提供一种实现零电压开通的反激式开关电源控制电路，以实现主功率开关管在全输入电压范围内零电压开通，提升电路传输效率，解决辅助电源因交叉调整率导致的大范围波动问题。就方法而言，本专利技术提供一种零电压开通的反激式开关电源控制方法，其控制步骤如下，当主开关管的驱动信号由高电平变为低电平时，变压器所存储的能量通过第一副边绕组传输给第三电容，且经反激式开关电源电路的输出正端输出；同时，将变压器中的能量通过辅助开关管的寄生二极管给第二电容存储能量，且给控制系统供电，以将变压器中能量释放完毕；当变压器中能量释放完毕后，控制系统输出辅助开关管的驱动信号由低电平转换为高电平时，使辅助开关管导通，第二电容中存储的能量通过辅助开关管给变压器的辅助绕组进行反向励磁储能；当控制系统输出辅助开关管的驱动信号由高电平转换为低电平时，使辅助开关管关断，原边绕组产生的负向电流通过主开关管的寄生二极管流向电源输入正端；在负向电流方向发生翻转之前，控制系统输出主开关管的驱动信号由低电平转换为高电平，使主开关管导通。优选的，所述主开关管的导通相对辅助开关管的导通所延迟的时间(Δt1)大于辅助开关管的导通时长(Δt2)。优选的，所述辅助开关管关断后，至负向电流方向发生翻转之前的这段时间为辅助开关管关断后的谐振时间(Δt`)，谐振时间由公式确定，其中，L为变压器原边绕组的电感量，C为主开关管的集电结电容。优选的，所述主开关管导通相对辅助开关管导通所延迟的时间Δt1、辅助开关管的导通时长Δt2与辅助开关管关断后的谐振时间Δt`的关系是，Δt1＝Δt2+Δt，Δt＝1～1.5Δt`；同时，主开关管导通相对辅助开关管导通所延迟的时间Δt1、辅助开关管的导通时长Δt2与辅助开关管关断后的谐振时间Δt`的关系满足Δt2+Δt`<Δt1<Δt2+1.5Δt`，其中，L为变压器原边绕组的电感量，C为主开关管的集电结电容。就电路而言，本专利技术提供一种零电压开通的反激式开关电源控制电路，其特征在于，包括反激式开关电源电路，用于当主开关管的驱动信号由高电平变为低电平时，变压器所存储的能量通过第一副边绕组传输给第三电容，且经反激式开关电源电路的输出正端输出；辅助供电电路，用于在主开关管的驱动信号由高电平变为低电平的同时，将变压器中的能量通过辅助开关管的寄生二极管给第二电容存储能量，且给控制系统供电，以将变压器中能量释放完毕；当变压器中能量释放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零电压开关的反激式开关电源控制方法，其控制步骤如下，当主开关管的驱动信号由高电平变为低电平时，变压器所存储的能量通过第一副边绕组传输给第三电容，且经反激式开关电源电路的输出正端输出；同时，将变压器中的能量通过辅助开关管的寄生二极管给第二电容存储能量，且给控制系统供电，以将变压器中能量释放完毕；当控制系统输出辅助开关管的驱动信号由低电平转换为高电平时，使辅助开关管导通，第二电容中存储的能量通过辅助开关管给变压器的辅助绕组进行反向励磁储能；当控制系统输出辅助开关管的驱动信号由高电平转换为低电平时，使辅助开关管关断，原边绕组产生的负向电流通过主开关管的寄生二极管流向电源输入正端；在负向电流方向发生翻转之前，控制系统输出主开关管的驱动信号由低电平转换为高电平，使主开关管导通。

【技术特征摘要】
1.一种零电压开通的反激式开关电源控制方法，其控制步骤如下，当主开关管的驱动信号由高电平变为低电平时，变压器所存储的能量通过第一副边绕组传输给第三电容，且经反激式开关电源电路的输出正端输出；同时，将变压器中的能量通过辅助开关管的寄生二极管给第二电容存储能量，且给控制系统供电，以将变压器中能量释放完毕；当变压器中能量释放完毕后，控制系统输出辅助开关管的驱动信号由低电平转换为高电平时，使辅助开关管导通，第二电容中存储的能量通过辅助开关管给变压器的辅助绕组进行反向励磁储能；当控制系统输出辅助开关管的驱动信号由高电平转换为低电平时，使辅助开关管关断，原边绕组产生的负向电流通过主开关管的寄生二极管流向电源输入正端；在负向电流方向发生翻转之前，控制系统输出主开关管的驱动信号由低电平转换为高电平，使主开关管导通。2.根据权利要求1所述的零电压开通的反激式开关电源控制方法，其特征在于，所述主开关管的导通相对辅助开关管的导通所延迟的时间(Δt1)大于辅助开关管的导通时长(Δt2)。3.根据权利要求1所述的零电压开通的反激式开关电源控制方法，其特征在于，所述辅助开关管关断后，至负向电流方向发生翻转之前的这段时间为辅助开关管关断后的谐振时间Δt`，谐振时间由公式确定，其中，L为变压器原边绕组的电感量，C为主开关管的集电结电容。4.根据权利要求1所述的零电压开通的反激式开关电源控制方法，其特征在于，所述主开关管导通相对辅助开关管导通所延迟的时间Δt1、辅助开关管的导通时长Δt2与辅助开关管关断后的谐振时间Δt`的关系是，Δt1＝Δt2+Δt，Δt＝1～1.5Δt`；同时，主开关管导通相对辅助开关管导通所延迟的时间Δt1、辅助开关管的导通时长Δt2与辅助开关管关断后的谐振时间Δt`的关系满足Δt2+Δt`<Δt1<Δt2+1.5Δt`，其中，L为变压器原边绕组的电感量，C为主开关管的集电结电容。5.一种零电压开通的反激式开关电源控制电路，其特征在于，包括反激式开关电源电路，用于当主开关管的驱动信号由高电平变为低电平时，变压器所存储的能量通过第一副边绕组传输给第三电容，且经反激式开关电源电路的输出正端输出；辅助供电电路，用于在主开关管的驱动信号由高电平变为低电平的同时，将变压器中的能量通过辅助开关管的寄生二极管给第二电容存储能量，且给控制系统供电，以将变压器中能量释放完毕；当变压器中能量释放完毕后，控制系统输出辅助开关管的驱动信号由低电平转换为高电平时，使辅助开关管导通，第二电容中存储的能量通过辅助开关管给变压器的辅助绕组进行反向励磁储能；当控制系统输出辅助开关管的驱动信号由高电平转换为低电平时，使辅助开关管关断，原边绕组产生的负向电流通过主开关管的寄生二极管流向电源输入正端；在负向电流方向发生翻转之前，控制系统输出主开关管的驱动信号由低电平转换为高电平，使主开关管导通。6.根据权利要求5所述的零电压开通的反激式开关电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：开秋月，周耀彬，金结冰，袁源，郭启利，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44