一种有源钳位反激变换器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有源钳位反激变换器的控制方法，在所述反激变压器中，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，控制器通过检测反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的控制信号；变换器工作在轻负载时，当主开关管关断后经过一段固定的死区时间立即开通钳位开关管，变换器通过钳位开关管给钳位电容充电来回收漏感能量，其中钳位开关管的导通时间小于漏感与主开关管和钳位开关管的输出结电容的谐振周期。本发明专利技术不需要在钳位电容上并联大电阻，提高了轻载效率。

A 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控制方法
本专利技术涉及一种反激变换器，特别涉及一种有源钳位反激变换器的控制方法。
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在钳位电容中，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，100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。主控制芯片通过采样变换器输出电压和电流采样电阻RS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1所示，是典型的有源钳位反激变换器的原理图，图2为典型的互补模式有源钳位反激关键信号波形，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。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来提高轻载效率和降低空载功耗。该专利是轻载或者空载时工作在普通反激模式，钳位开关管不工作。但是在每个开关周期变换器都会通过钳位开关管的体二极管给钳位电容充电，由于钳位开关管不工作那么钳位电容上的能量不能释放出来。专利US10243469B1给出了一种通过一种突发模式控制方式来实现轻载效率的提高，当检测到负载较轻时，也是工作在普通反激模式，只是改变突发脉冲群里驱动信号数目来减小等效频率，从而来达到轻载效率的提升。但是在每个开关周期变换器都会通过钳位开关管的体二极管给钳位电容充电，由于钳位开关管不工作那么钳位电容上的能量不能释放出来。以上专利都是通过在钳位电容上并联一个大电阻来消耗钳位开关管上的能量。
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控制方法，以提高轻载效率。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控制方法，在所述反激变压器中，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，控制器通过检测反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的控制信号；变换器工作在轻负载时，当主开关管关断后经过一段固定的死区时间立即开通钳位开关管，变换器通过钳位开关管给钳位电容充电来回收漏感能量，其中钳位开关管的导通时间小于漏感与主开关管的输出结电容和钳位开关管的输出结电容的谐振周期。这样既避免了漏感与钳位电容谐振时的电流从钳位开关管的体二极管流过，同时钳位开关管的开通也会在钳位电容储能到一定程度时通过钳位开关管释放出来，从而不需要在钳位电容上并联大电阻，提高了轻载效率。优选的，所述死区时间设定在100ns-200ns之间。优选的，所述变换器钳位开关管的导通时间是固定的，可设定在100ns±10％，这样轻载时钳位电容上存储的能量小可以快速释放掉。优选的，当所述变换器工作在轻载时，所述主开关管和钳位开关管的开关频率在20KHz-35KHz之间，这样既减小驱动损耗和开关损耗，也不会产生可听见噪声。优选的，当所述变换器工作在空载时，变换器进入突发模式，主开关管和钳位开关管的等效开关频率小于600Hz，进一步降低两个开关管的驱动损耗和开关损耗。在空载时进入突发模式，降低主开关管的等效工作频率，限制原边励磁电流的峰值，避免音频噪声的产生，优化了空载功耗。优选的，当所述变换器工作在空载时，变换器的初级侧峰值电流应小于0.5A，减小峰值电流进一步降低空载损耗。此时开关频率处于人耳可听见范围，通过降低峰值电流来消除可听见噪声。与现有技术相比，本专利技术提出的控制方法的效果在于：1、轻空载时，传统方法通过在钳位电容上并联大电阻来消耗钳位电容上的能量，本方法通过导通钳位管一小段时间，有效的解决了轻空载时钳位电路的钳位电容能量不能回收问题；2、传统的互补模式有源钳位反激，由于负向电流的存在，导致原边循环电流大，空载功耗大，本专利技术原边没有负向电流的存在，因此变换器原边无循环电流；3、轻载效率高；4、空载功耗低。附图说明图1为现有典型ACF电路原理框图；图2为现有典型互补模式有源钳位反激变换器关键信号波形图；图3为本专利技术轻载时关键波形图；图4为本专利技术空载时关键波形图；具体实施方式在一种实施例中，有源钳位反激变换器用于将输入电压进行调节并输出期望的电压，有源钳位反激变换器包括控制反激变压器初级绕组电流大小的主开关管，和对反激变压器的初级侧的节点电压进行钳位的钳位开关管。控制器通过检测反馈(FB)电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的控制信号。图1以示意图的形式给出了根据一些实施例的有源钳位反激电源100。其中100包括有源钳位反激(ACF)变换器160和控制器120，用于将电压源170的输入电压调节后并输出期望的输出电压Vou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控制方法，在所述反激变压器中，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，控制器通过检测反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的控制信号；其特征在于：变换器工作在轻负载时，当主开关管关断后经过一段固定的死区时间立即开通钳位开关管，变换器通过钳位开关管给钳位电容充电来回收漏感能量，其中钳位开关管的导通时间小于漏感与主开关管和钳位开关管的输出结电容的谐振周期。/n

【技术特征摘要】
1.一种有源钳位反激变换器的控制方法，在所述反激变压器中，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，控制器通过检测反馈电压来产生用于控制主开关管和钳位开关管的控制信号；其特征在于：变换器工作在轻负载时，当主开关管关断后经过一段固定的死区时间立即开通钳位开关管，变换器通过钳位开关管给钳位电容充电来回收漏感能量，其中钳位开关管的导通时间小于漏感与主开关管和钳位开关管的输出结电容的谐振周期。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述死区时间设定在100ns-200ns之间。

【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