一种钳位开关电源的控制方法和控制电路技术

本发明专利技术公开了一种钳位开关电源的控制方法和控制电路，电流采样模块的输入端电连接主开关管的源极，电流采样模块的输出端电连接信号保持模块的输入端，信号保持模块的输出端电连接反向放大模块的输入端，反向放大模块的输出端电连接参考比较模块的输入端，参考比较模块的输出端电连接控制信号产生模块的输入端，控制信号产生模块的输出端连接主钳位管的栅极。所述控制方法通过三个控制环对钳位开关电源的三路驱动信号进行控制，所述的控制电路可保证电路的主开关管工作在软开关状态。本发明专利技术提出的控制方法和控制电路可以实现电路中多个开关管工作在软开关状态，在全输入电压、全负载范围提高电路的工作效率，同时改善电路的EMI及辐射性能。

A control method and circuit of clamp switch power supply

【技术实现步骤摘要】
一种钳位开关电源的控制方法和控制电路
本专利技术涉及开关变换器领域，尤其是涉及一种用于钳位开关电源的控制方法和控制电路。
技术介绍
随着科学技术的进步，功率变换器的应用范围越来越广泛。有源钳位反激变换器由于能够实现软开关，具有拓扑结构简单、成本低廉等特点，被广泛采用到传统的小功率变换器中。能够实现软开关技术的拓扑代表是有源钳位反激电路，有源钳位反激电路如图1所示。有源钳位反激变换器由主功率电路(由变压器和主开关管Q1组成)、钳位电路(由钳位管Q4和钳位电容Cr组成)和输出滤波电路(由整流二极管DSR和输出电容Co)组成。Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器漏感。有源钳位反激电路的钳位电路能够回收漏感能量并将至传递至输出侧，并且，在DCM模式下，主开关管及钳位管均断开时，有源钳位反激电路的励磁电感Lm、漏感Lr与主开关管及钳位管的寄生电容Cds1、Cds2谐振，很容易实现ZVS，提高电路的转换效率。但是，在轻载状态时，若钳位管导通时间太长，原边反向电流大，使得变压器损耗增大，不利于效率的提高；若钳位管导通时间短，则不能实现ZVS，开关损耗大，也不利于效率提高；如果给定固定的钳位管导通时间，则由于工作状态变化或者参数偏差，无法满足实际应用的需求。图2为现有的具有两路钳位电路的有源钳位反激变换器的电路原理图，钳位电路包括主钳位电路和辅钳位电路，主钳位电路由主钳位管Q4和钳位电容Cr组成，辅钳位电路由辅钳位管Q3、电容CS和二极管D2组成。图2的技术方案在图1技术方案基础上增加一路辅钳位电路，将初级绕组的节点电压钳位到0，使初级绕组电流无衰减地保留到主开关管导通时刻，更加容易实现主开关的软开通。但是目前没有自适应调节钳位管导通时间的方案，不能实现全输入电压全输出负载范围整体性能最佳。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是：一种钳位开关电源的控制方法和控制电路，可以自适用调节钳位管导通时间，以解决现有钳位开关电源的开关管工作在硬开关状态和过软开关状态，同时可实现所有开关管的软开关，提高电路全工作范围的整体性能。解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种钳位开关电源的控制方法，通过采样钳位开关电源的原边峰值电流信号和输出隔离电压信号来控制主开关管的关断，主开关管与辅钳位管的驱动信号互补；通过采样原边最大负向电流信号来控制主钳位管的关断。优选的，变换器工作在轻载时，电路采用定频模式，工作频率不变，输出电压反馈信号FB随着负载变化；变换器工作在重载时，电路采用变频模式，工作频率随负载的增大而升高，输出电压反馈信号保持不变。优选的，变频模式下，负载的变化反应在输出隔离电压信号FB上，负载变化，输出隔离电压信号FB变化，通过调整工作频率维持输出隔离电压信号FB保持不变，从而实现变频工作。一种应用上述钳位开关电源的控制方法的控制电路，包括电流采样模块、反向放大模块、信号保持模块、参考比较模块和控制信号产生模块；电流采样模块的输入端电连接主开关管的源极，用于采样原边最大负向电流，电流采样模块的输出端电连接反向放大模块的输入端，对原边最大负向电流进行放大，反向放大模块的输出端电连接信号保持模块的输入端，对放大后的原边最大负向电流进行时间保持，信号保持模块的输出端电连接参考比较模块的输入端，将经过时间保持的原边最大负向电流与参考电压比较后输出比较信号，参考比较模块的输出端电连接控制信号产生模块的输入端，控制信号产生模块的输出端连接主钳位管的栅极，驱动控制主钳位管。另一种应用上述钳位开关电源的控制方法的控制电路，与上述控制电路的不同之处在于：电流采样模块先经过信号保持模块，然后通过反向放大模块放大原边最大负向电流信号，再将反向放大的原边最大负向电流信号输出至参考比较模块。优选的，比较信号与原边最大负向电流呈正相关。作为上位电流采样模块的具体实施方式，包括采样电阻Rs1、Rs2、采样电容Cs1，主功率电路的主开关管Q1的源极分别与采样电阻Rs1的一端、电容Cs1的一端、电阻Rs2的一端电连接，电阻Rs1的另一端与电容Cs1的另一端同时接地，电阻Rs2的另一端作为电流采样模块的输出端。作为上述反向放大模块的具体实施方式，包括电阻R1、电阻R2和误差放大器A1；电阻R1的一端作为反向放大模块的输入端，R1的另一端与电阻R2的一端同时与误差放大器A1的负输入端电连接，误差放大器A1的正输入端接地，电阻R2的另一端与误差放大器A1的输出端电连接作为反向放大模块的输出端。作为上述信号保持模块的具体实施方式，包括二极管Dp1、电容C1、C2、电阻R3、R4；二极管Dp1的阳极作为信号保持模块的输入端，二极管Dp1的阴极与电阻R4一端电连接，其连接点与电阻R3一端、电容C1的一端电连接，电阻R3另一端及电容C1另一端接地，电阻R4的另一端与电容C2的一端电连接作为信号保持模块的输出端，电容C2的另一端接地。作为上述参考比较模块的实施方式，包括电压比较器A2和电容C3；电容C3的一端与电压比较器A2的反相输入端电连接作为参考比较模块的输入端，电压比较器A2的同相输入端接参考电压Vref，电容C3的另一端与电压比较器A2的输出端电连接作为参考比较模块的输出端。作为上述控制信号产生模块的实施方式，包括电压比较器A3、电流源i、电容C4、开关管Ss、“与”门器件U1，电压比较器A3的同相输入端作为控制信号产生模块的输入端，电压比较器A3的反向输入端与电流源i的正极、电容C4的一端、开关管Ss的漏极电连接，电流源i的负极、电容C4的另一端、开关管Ss的源极同时接地，开关管Ss的栅极接入驱动信号Drv1，电压比较器A3的输出端接入到“与”门器件U1的一端，“与”门器件U1的另一端接入驱动信号Drv3，“与”门器件U1的输出端作为控制信号产生模块的输出端。优选的，驱动信号Drv1和驱动信号Drv3为互补驱动信号。基于以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：(1)提供自适用调节钳位管导通时间的方案，避免开关管工作在硬开关状态和过软开关状态，实现所有开关管的软开关，提高电路全工作范围的整体性能；(2)通过轻载定频控制、重载变频控制方案，提高轻载及重载工作效率。附图说明图1为现有有源钳位反激变换器的电路原理图；图2为具有两路钳位电路的有源钳位反激变换器的电路原理图；图3为具有两路钳位电路的有源钳位反激变换器的工作时序图；图4为本专利技术控制电路应用于有源钳位反激变换器的电路原理图；图5为本专利技术控制电路的一种原理框图；图6为本专利技术第一实施例控制电路的电路原理图；图7为本专利技术有源钳位反激变换器负载变化时的驱动信号示意图；图8a为本专利技术有源钳位反激变换器的FB电压与负载Io关系图；图8b为本专利技术ACF电路的工作频率f与负载Io关系图；图9为本专利技术控制电路的另一种原理框图。具体实施方式图4为本专利技术控制电路应用于有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钳位开关电源的控制方法，通过采样钳位开关电源的原边峰值电流信号和输出隔离电压信号来控制主开关管的关断，主开关管与辅钳位管的驱动信号互补；其特征在于：通过采样原边最大负向电流信号来控制主钳位管的关断。/n

【技术特征摘要】
1.一种钳位开关电源的控制方法，通过采样钳位开关电源的原边峰值电流信号和输出隔离电压信号来控制主开关管的关断，主开关管与辅钳位管的驱动信号互补；其特征在于：通过采样原边最大负向电流信号来控制主钳位管的关断。


2.根据权利要求1所述的钳位开关电源的控制方法，其特征在于：变换器工作在轻载时，电路采用定频模式，工作频率不变，输出电压反馈信号FB随负载变化；变换器工作在重载时，电路采用变频模式，工作频率随负载的增大而升高，输出电压反馈信号保持不变。


3.根据权利要求1所述的钳位开关电源的控制方法，其特征在于：变频模式下，负载的变化反应在输出隔离电压信号FB上，负载变化，输出隔离电压信号FB变化，通过调整工作频率维持输出隔离电压信号FB保持不变，从而实现变频工作。


4.一种应用权利要求1至3任一所述钳位开关电源的控制方法的控制电路，其特征在于：包括电流采样模块、反向放大模块、信号保持模块、参考比较模块和控制信号产生模块；电流采样模块的输入端电连接主开关管的源极，用于采样原边最大负向电流，电流采样模块的输出端电连接反向放大模块的输入端，对原边最大负向电流进行放大，反向放大模块的输出端电连接信号保持模块的输入端，对放大后的原边最大负向电流进行时间保持，信号保持模块的输出端电连接参考比较模块的输入端，将经过时间保持的原边最大负向电流与参考电压比较后输出比较信号，参考比较模块的输出端电连接控制信号产生模块的输入端，控制信号产生模块的输出端连接主钳位管的栅极，驱动控制主钳位管。


5.一种应用权利要求1至3任一所述钳位开关电源的控制方法的控制电路，其特征在于：包括电流采样模块、反向放大模块、信号保持模块、参考比较模块和控制信号产生模块；电流采样模块的输入端电连接主开关管的源极，用于采样原边最大负向电流，电流采样模块的输出端电连接信号保持模块的输入端，对原边最大负向电流进行时间保持，信号保持模块的输出端电连接反向放大模块的输入端，对经过时间保持的原边最大负向电流进行放大，反向放大模块的输出端电连接参考比较模块的输入端，将经过放大的原边最大负向电流与参考电压比较后输出比较信号，参考比较模块的输出端电连接控制信号产生模块的输入端，控制信号产生模块的输出端连接主钳位管的栅极，驱动控制主钳位管。


6.根据权利要求4或5所述的钳位开关电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟年发，王志燊，
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