一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法技术

本发明专利技术提供了一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法，在所述反激变换器中，控制器通过检测反馈电压与设定的模式切换阈值电压比较后，实现所述两个驱动信号的后沿非互补模式、前沿非互补模式和前沿非互补Burst模式之间的模式切换。本发明专利技术采用后沿非互补模式来减小变换器的循环电流；采用前沿非互补模式取代普通反激模式，提升轻载效率；空载时采用前沿非互补突发模式，限制突发模式时的原边峰值电流的大小，避免音频噪声的产生，并且空载功耗低。

A multi-mode control method of active clamp flyback converter

【技术实现步骤摘要】
一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法
本专利技术涉及一种反激变换器的控制方法，特别涉及一种有源钳位反激变换器多模式控制方法。
技术介绍
反激变换器因其成本低、拓扑简单等优点广泛应用于中小功率开关电源。在实际工作过程中，反激变换器由于漏感的存在，导致原边的能量不能全部传递到副边，留在原边的漏感能量与MOS管结电容之间谐振导致主开关管的漏极产生高频的电压尖峰。做产品时为了减小开关管的电压应力，通常的做法是添加适用的吸收电路，常见的吸收电路有RCD吸收电路、LCD吸收电路和有源钳位电路。其中，有源钳位电路添加额外的钳位开关管及较大的钳位电容，可以将漏感能量保存下来，并回收此能量至变换器输入端。另外，由于漏感的电惯性，有源钳位电路在漏感能量的回收过程结束后通过反向励磁电流抽取主开关管漏端的结电容上的电荷，使得主开关管的漏极电压降低至零，从而实现主开关管的零电压开通(ZVS)，减小主开关管的开通损耗，进一步提高产品的功率密度。如图1所示为典型有源钳位反激变换器的电路图。图中，LK为漏感、LM为励磁电感、C_CLAMP为钳位电容、S2为钳位开关管、S1为主开关管、COSS为主开关管结电容、RCS为励磁电感电流采样电阻、NP为变压器原边绕组匝数、NS为变压器副边绕组匝数、DR为整流二极管、COUT为变换器输出电容、单元120为变换器的控制器(即是该变换器的主控制芯片)、单元130为隔离反馈电路。主控制芯片通过隔离反馈单元130采样反激变换器的输出电压和电流采样电阻RCS上的压降实现双环路峰值电流模式控制，确定主开关管S1何时开通、何时关断。为了实现主开关管S1的ZVS开通，需要合理控制钳位开关管S2导通的时间。实际上，仅仅依靠漏感很难将开关节点的电压拉至地电位，而需要将励磁电感LM的感量适当减小，使得励磁电感也存在负向电流。在钳位开关管关闭之后，励磁电感和漏感仍然流过负向电流，从开关管结电容上抽取能量，使得开关节点电压拉至地电位。如图2所示，为图1所示典型的互补模式有源钳位反激变换器工作在互补模式时的关键波形图。下面根据不同时间点对图2进行原理分析：其中，S1为主开关管的栅极驱动波形，S2为钳位开关管的栅极驱动波形，VSW为主开关管漏端电压波形，ILM为励磁电感电流波形，ILK为漏感电流波形；阶段一t0～t1：在t0时刻开关管115的驱动信号S1由高电平切换到低电平，开关管115关闭，关闭后开关管115漏源极之间的输出结电容上的电压迅速上升至Vin+nVout，电感器113通过变压器140开始向副边传递能量，电感器112通过开关管114的体二极管开始与电容器111谐振直到t1；阶段二t1～t2：在t1时刻，开关管114的驱动信号S2由低电平切换到高电平，开关管114导通，开关管114导通后电感器113通过开关管114继续与电容器111谐振到t2。此阶段原边继续向副边传递能量；阶段三t2～t3：在t2时刻，开关管114的驱动信号S2由高电平切换到低电平，开关管114关闭，开关管114关闭后，此时的谐振电流等于励磁电流，因此在该阶段内原边不再向副边传递能量，变压器原边绕组两端的电压不再被副边钳位，此时由于电感器113上存在负向励磁电流，因此该电流会抽取开关管115漏源极两端输出结电容上的电荷，从而实现下一周期开关管115的零电压开通；阶段四t3～t4：在t3时刻，开关管115的驱动信号S1由低电平切换到高电平，开关管115开通，电感器113把从输入电压源170获取的电能量转换为磁能并存储，原边励磁电流呈线性上升到t4时刻。假设，励磁电感的感量为LM，漏感的感量为LK，励磁电感电流正向的峰值为IPKP，负向的峰值为IPKN，主开关管漏端电压为VSW，开关节点寄生电容容值为COSS。为了可靠地实现主开关管ZVS开通，以上功率级参数需要满足：其中LM和COSS是固定的，从该公式可以看出，要实现主开关管的ZVS，必须保证一定幅值的负向电感电流，并且随着输入电压增大所需要的负向电流也越大。当输出负载减小，正向电感电流的峰值开始减小，那么主开关管导通时间和钳位开关管导通时间也要相应地减小，才能保证负向励磁电流峰值为定值。所以，互补模式有源钳位反激变换器随着负载减小开关频率增大，开关管的开关损耗和驱动损耗在输出负载减小时没有降低。此外，轻负载时互补模式下钳位开关管通路仍然存在较大的循环能量，也会造成轻载效率降低。专利US9991800B2给出了一种多模式控制的有源钳位反激控制器。该专利通过检测反馈引脚FB的电压来实现互补模式、普通反激和突发模式之间的切换，然而互补模式在45W以上的功率等级有优势，因为如果功率太小，工作在互补模式时循环电流依然很大，这就导致变换器在小功率等级上并没有优势。并且随着负载的减小，互补模式下开关频率会增大，这样导致模式切换时会出现工作频率有大的跳变，导致环路不稳和电磁干扰(EMI)特性差。轻载工作在传统反激断续(DCM)模式时，钳位电容上存储的能量只能通过并联一个大电阻来消耗，从而轻载效率不高。专利US10243469B1给出了一种通过一种突发模式控制方式，该控制方式在小于20％负载时工作在普通反激突发模式，这种模式下钳位电容上存储的能量只能通过并联一个大电阻来消耗；满载时也是工作在互补模式，因此只适用于较大功率等级产品上。专利CN101572490A提出了一种非互补控制方式，该控制方式虽然随着负载减小频率可以降低，但是由于依旧存在负向电流，从而导致变换器循环电流大轻载效率不高，同时负向电流的存在使得原边峰值电流比较大，从而导致空载功耗比较大且会有可听见噪声。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法，主要用于小功率等级电源；既能够保证主开关管的ZVS实现、轻负载效率的提升和空载功耗低，同时轻载时频率可以进一步降低，并且多模式转换时不会造成频率突变。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法，在所述反激变换器中，主开关管控制反激变压器初级绕组电流大小，钳位开关管对反激变压器的初级侧的节点电压进行钳位，控制器通过检测反激变换器输出端的反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的两个驱动信号；其特征在于：控制器通过检测反馈电压与设定的模式切换阈值电压比较后，实现所述两个驱动信号的后沿非互补模式、前沿非互补模式和前沿非互补Burst模式之间的模式切换；模式切换阈值分别是后沿非互补模式转前沿非互补模式第一阈值电压VATD；前沿非互补模式转后沿非互补模式第二阈值电压VDTA；突发模式第三阈值电压VBurst；当反馈电压大于第二阈值电压VDTA时，变换器工作在后沿非互补模式；当反馈电压小于第一阈值电压VATD时，变换器工作在前沿非互补模式；当反馈电压处于第一阈值电压和第二阈值电压之间时，保持上一工作周期的工作模式；当反馈电压小于第三阈值电压VBurst时，变换器工作在突发模式(Burst)；所述第一阈值VATD小于第二阈值VDTA，第三阈值VBurst小于第一阈值VAT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法，在所述反激变换器中，主开关管控制反激变压器初级绕组电流大小，钳位开关管对反激变压器的初级侧的节点电压进行钳位，控制器通过检测反激变换器输出端的反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的两个驱动信号；其特征在于：控制器通过检测反馈电压与设定的模式切换阈值电压比较后，实现所述两个驱动信号的后沿非互补模式、前沿非互补模式和前沿非互补Burst模式之间的模式切换；模式切换阈值分别是后沿非互补模式转前沿非互补模式第一阈值电压V

【技术特征摘要】
1.一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法，在所述反激变换器中，主开关管控制反激变压器初级绕组电流大小，钳位开关管对反激变压器的初级侧的节点电压进行钳位，控制器通过检测反激变换器输出端的反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的两个驱动信号；其特征在于：控制器通过检测反馈电压与设定的模式切换阈值电压比较后，实现所述两个驱动信号的后沿非互补模式、前沿非互补模式和前沿非互补Burst模式之间的模式切换；模式切换阈值分别是后沿非互补模式转前沿非互补模式第一阈值电压VATD；前沿非互补模式转后沿非互补模式第二阈值电压VDTA；突发模式第三阈值电压VBurst；
当反馈电压大于第二阈值电压VDTA时，变换器工作在后沿非互补模式；当反馈电压小于第一阈值电压VATD时，变换器工作在前沿非互补模式；当反馈电压处于第一阈值电压和第二阈值电压之间时，保持上一工作周期的工作模式；当反馈电压小于第三阈值电压VBurst时，变换器工作在突发模式(Burst)；所述第一阈值VATD小于第二阈值VDTA，第三阈值VBurst小于第一阈值VATD，且这三个阈值互相独立。


2.根据权利要求1所述的一种有源钳位反激变换器的多模式控制方法，其特征在于：所述第一阈值和第二阈值设置在负载对应的反馈电压的5％-20％之间；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹向阳，王海洲，袁源，刘湘，
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