一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法技术

本发明专利技术涉及一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，通过对开关电源电路设置控制电路，对流经变压器初级线圈电感的电流检测和过零电压检测，进而调控钳位开关管的导通时长和调控主开关管的开通时间间隔，实现对主开关管的零电压开通。该方法能够根据不同输入电压，输出电压和应用参数，动态实时调整主开关管的开通时间间隔并让该间隔达到可以实现零电压开通的最佳值。

【技术实现步骤摘要】
一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法
本专利技术属于电源
，具体涉及一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法。
技术介绍
如图1所示，为现有技术中的有源钳位反激开关电源的原理图。其中，Vin为输入电源对参考地PGND的电压，T1为变压器，N为变压器T1初次级匝比，Lm为变压器T1的初级侧励磁电感，ILm为电感Lm的电流，Lr为变压器T1的漏感，ILr为漏感Lr的电流，K1为主开关管，GTL为主开关管K1的栅极控制信号，K2为钳位开关管，C1为主开关管K1和钳位开关管K2连接公共端OC对PGND的等效电容，GTH为钳位开关管K2的栅极控制信号，电容C3为漏感吸收回路电容；D为次级整流二极管，对应的导通压降为Vf，C2为次级储能电容，Rload为负载。对于图1，当主开关管K1关断后，经过一定死区时间后，零电压开通(ZVS)钳位开关管K2，通过漏感吸收电容C3来无损吸收漏感Lr上的能量，从而达到抑制主开关管K1漏源极两端的尖峰电压的作用，进而减小主开关管K1的应力；不仅如此，利用励磁电感Lm与C3进行谐振，可以在励磁电感产生负向电流；并且当励磁电感负向电流足够大时，关断K2，通过Lm与C1谐振，可以对C1电容放电，使OC处的电压VOC下降到0V时开通主开关K1，实现主开关管K1的零电压开通(ZVS)，从而减少了开关损耗，提高了电源效率，减少了电磁干扰。如图2所示，为有源钳位反激拓扑开关电源实现ZVS波形图。VOC为图1中OC点电压，在GTL为高电平有效时，主开关管K1导通，电流ILm和电流ILr相等并且线性增大，当GTL为低电平无效时，主开关管K1关断，为了防止主开关管K1和钳位开关管K2同时导通导致上下开关管直通短路，需要延迟一定死区时间，就是在GTL由高电平变为低电平之后，延迟一个时间间隔，再让GTH为高电平有效，使钳位开关管K2开通，变压器T1初级励磁电感储存的能量传送至次级，ILm开始减小，漏感Lr的能量会传送至C3，当漏感Lr的能量传送完毕后，由于钳位开关管K2仍处于导通状态，ILr电流会改变方向，变为负值，将电容C3储存的能量回传给输出和电网，等待ILm电流达到一定的负值后，GTH变为低电平，关断钳位开关管K2，等待一个延迟时间区间Tz，即主开关管K1开通死区时间间隔，简称开通时间间隔Tz，表示从GTH由高电平变低电平之后，延迟一个开通时间间隔Tz，GTL由低电平变为高电平。当GTL变为高有效，开通主开关管K1，开始下一个PWM周期，如果Tz时间区间内电感Lm中储存的负电流产生的能量足以使OC点的电压，在开通时间间隔Tz的时间区间结束时刻正好下拉到0V，并开通主开关管K1，即实现了主开关管K1的ZVS开通。现有技术中，存在对Tz时间区间长短的选择设定问题，现有实现方案分为两种：一种是开通时间间隔Tz取固定值，这样设计简单，但是如果开通时间间隔Tz与实际应用需求偏离较大，会降低了系统开关频率和转换效率；另一种是需要额外增加引脚外部设定一个开通时间间隔Tz最小值和开通时间间隔Tz最大值，使开通时间间隔Tz跟随Vin来变化，这种方式只能部分补偿宽输入电压的影响，不能补偿宽输出电压的应用场景。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，解决现有技术中开关电源存在的开通时间间隔不能随实际应用条件变化而自适应改变的难题。为解决本专利技术的技术问题，提供了一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，包括开关电源电路及步骤：第一步，设置控制电路，在开关电源电路的主开关管的源极连接采样电阻后接地，同时该源极还电连接控制器的电压采样输入端，所述主开关管的漏极接入控制器的过零电压输入端，所述控制器包括反馈电压输入端，接入开关电源电路的输出电压的反馈信号，所述控制器还包括对主开关管的通断进行控制的主控输出端，电连接到主开关管的栅极，以及对钳位开关管的通断进行控制的副控输出端，电连接到钳位开关管的栅极；第二步，输入电压采样，所述控制器通过主控输出端控制主开关管导通，通过所述电压采样输入端输入采样电压，将所述采样电压与所述反馈电压输入端对应的参考电压进行比较，当采样电压等于或大于所述参考电压时，则所述控制器通过主控输出端控制主开关管关断；第三步，调控钳位开关管，所述主开关管关断后，经过延时，所述控制器通过副控输出端控制钳位开关管开通；然后，对钳位开关管的导通时长进行调控，当钳位开关管的导通时长结束时，所述控制器通过副控输出端控制钳位开关管关断；第四步，调控主开关管，所述钳位开关管关断后到主开关管再次导通的时间间隔为主开关管的开通时间间隔，对所述主开关管的开通时间间隔进行调控，当所述主开关管的开通时间间隔到达时，所述控制器通过主控输出端控制主开关管开通；第五步，重复上述第二步至第四步，当在第四步中，通过对所述主开关管的开通时间间隔进行调控，当所述主开关管的开通时间间隔到达时，若控制器的电压采样输入端的采样电压为零，并且控制器的过零电压输入端的过零电压也是零，则实现对主开关管的零电压开通。优选的，在第一步设置电路步骤中，还包括设置驱动器，所述驱动器对控制器的主控输出端和副控输出端输出的信号进行放大后，分别对应控制主开关管和钳位开关管，所述驱动器还包括接入所述钳位开关管的源极的电压，用于与驱动器输出到钳位开关管的栅极电压进行比较。优选的，在第三步调控钳位开关管步骤中，对钳位开关管的导通时长进行调控包括：根据所述主开关管的开通时间间隔到达时，对过零电压输入端电压VOC是否小于0进行调整；如果开通时间间隔到达时，检测到VOC≤0V，说明实际流经励磁电感的电流ILm负向偏大，需要对钳位开关管的开通时长Tonh，执行Tonh＝Tonh-δth，δth为Tonh每调整一次的解析度；如果开通时间间隔到达时，检测到VOC>0V，说明实际流经励磁电感的电流ILm负向偏小，需要对钳位开关管的开通时长Tonh执行Tonh＝Tonh+δth。优选的，在第四步调控主开关管步骤中，对所述主开关管的开通时间间隔进行调控包括：如果工频周期内所有GTH周期在开通时间间隔到达时，检测到实际流经励磁电感的电流ILm<0A，说明当前开通时间间隔偏小，则在工频周期到达时执行开通时间间隔Tz＝Tz+δt；如果工频周期内所有GTH周期，在开通时间间隔到达前，检测到VOC≤0V，说明当前设定的开通时间间隔Tz偏大，则在工频周期到达时执行开通时间间隔Tz＝Tz-δt，δt为Tz调节一次的解析度。优选的，在第一步设置电路步骤中，所述控制器包括两个控制部分，一个控制部分就是对主开关管K1进行控制的GTL信号产生电路，另一个控制部分就是对钳位开关管K2进行控制的GTH信号产生电路。优选的，所述GTL信号产生电路包括对开通时间间隔Tz进行调节的Tz调节器，以及GTL开通逻辑单元、GTL关断逻辑单元和GTL产生器。优选的，所述GTH信号产生电路包括对GTH开通时长进行调节的Tonh调节器，以及GTH开通逻辑单元、GTH关断逻辑单元和GT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，包括开关电源电路，其特征在于，包括步骤：/n第一步，设置控制电路，在开关电源电路的主开关管的源极连接采样电阻后接地，同时该源极还电连接控制器的电压采样输入端，所述主开关管的漏极接入控制器的过零电压输入端，所述控制器包括反馈电压输入端，接入开关电源电路的输出电压的反馈信号，所述控制器还包括对主开关管的通断进行控制的主控输出端，电连接到主开关管的栅极，以及对钳位开关管的通断进行控制的副控输出端，电连接到钳位开关管的栅极；/n第二步，输入电压采样，所述控制器通过主控输出端控制主开关管导通，通过所述电压采样输入端输入采样电压，将所述采样电压与所述反馈电压输入端对应的参考电压进行比较，当采样电压等于或大于所述参考电压时，则所述控制器通过主控输出端控制主开关管关断；/n第三步，调控钳位开关管，所述主开关管关断后，经过延时，所述控制器通过副控输出端控制钳位开关管开通；然后，对钳位开关管的导通时长进行调控，当钳位开关管的导通时长结束时，所述控制器通过副控输出端控制钳位开关管关断；/n第四步，调控主开关管，所述钳位开关管关断后到主开关管再次导通的时间间隔为主开关管的开通时间间隔，对所述主开关管的开通时间间隔进行调控，当所述主开关管的开通时间间隔到达时，所述控制器通过主控输出端控制主开关管开通；/n第五步，重复上述第二步至第四步，当在第四步中，通过对所述主开关管的开通时间间隔进行调控，当所述主开关管的开通时间间隔到达时，若控制器的电压采样输入端的采样电压为零，并且控制器的过零电压输入端的过零电压也是零，则实现对主开关管的零电压开通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，包括开关电源电路，其特征在于，包括步骤：
第一步，设置控制电路，在开关电源电路的主开关管的源极连接采样电阻后接地，同时该源极还电连接控制器的电压采样输入端，所述主开关管的漏极接入控制器的过零电压输入端，所述控制器包括反馈电压输入端，接入开关电源电路的输出电压的反馈信号，所述控制器还包括对主开关管的通断进行控制的主控输出端，电连接到主开关管的栅极，以及对钳位开关管的通断进行控制的副控输出端，电连接到钳位开关管的栅极；
第二步，输入电压采样，所述控制器通过主控输出端控制主开关管导通，通过所述电压采样输入端输入采样电压，将所述采样电压与所述反馈电压输入端对应的参考电压进行比较，当采样电压等于或大于所述参考电压时，则所述控制器通过主控输出端控制主开关管关断；
第三步，调控钳位开关管，所述主开关管关断后，经过延时，所述控制器通过副控输出端控制钳位开关管开通；然后，对钳位开关管的导通时长进行调控，当钳位开关管的导通时长结束时，所述控制器通过副控输出端控制钳位开关管关断；
第四步，调控主开关管，所述钳位开关管关断后到主开关管再次导通的时间间隔为主开关管的开通时间间隔，对所述主开关管的开通时间间隔进行调控，当所述主开关管的开通时间间隔到达时，所述控制器通过主控输出端控制主开关管开通；
第五步，重复上述第二步至第四步，当在第四步中，通过对所述主开关管的开通时间间隔进行调控，当所述主开关管的开通时间间隔到达时，若控制器的电压采样输入端的采样电压为零，并且控制器的过零电压输入端的过零电压也是零，则实现对主开关管的零电压开通。


2.根据权利要求1所述的有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，其特征在于，在第一步设置电路步骤中，还包括设置驱动器，所述驱动器对控制器的主控输出端和副控输出端输出的信号进行放大后，分别对应控制主开关管和钳位开关管，所述驱动器还包括接入所述钳位开关管的源极的电压，用于与驱动器输出到钳位开关管的栅极电压进行比较。


3.根据权利要求2所述的有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，其特征在于，在第三步调控钳位开关管步骤中，对钳位开关管的导通时长进行调控包括：根据所述主开关管的开通时间间隔到达时，对过零电压输入端电压VOC是否小于0进行调整；如果开通时间间隔到达时，检测到VOC≤0V，说明实际流经励磁电感的电流ILm负向偏大，需要对钳位开关管的开通时长Tonh，执行Tonh＝Tonh-δth，δth为Tonh每调整一次的解析度；如果开通时间间隔到达时，检测到VOC>0V，说明实际流经励磁电感的电流ILm负向偏小，需要对钳位开关管的开通时长Tonh执行Tonh＝Tonh+δth。


4.根据权利要求3所述的有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，其特征在于，在第四步调控主开关管步骤中，对所述主开关管的开通时间间隔进行调控包括：如果工频周期内所有GTH周期在开通时间间隔到达时，检测到实际流经励磁电感的电流ILm<0A，说明当前开通时间间隔偏小，则在工频周期到达时执行开通时间间隔Tz＝Tz+δt；如果工频周期内所有GTH周期，在开通时间间隔到达前，检测到VOC≤0V，说明当前设定的开通时间间隔Tz偏大，则在工频周期到达时执行开通时间间隔Tz＝Tz-δt，δt为Tz调节一次的解析度。


5.根据权利要求4所述的有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，其特征在于，在第一步设置电路步骤中，所述控制器包括两个控制部分，一个控制部分就是对主开关管K1进行控制的GTL信号产生电路，另一个控制部分就是对钳位开关管K2进行控制的GTH信号产生电路。


6.根据权利要求5所述的有源钳位反激拓扑自适应死区时间的ZVS控制方法，其特征在于，所述GTL信号产生电路包括对开通时间间隔Tz进行调节的Tz调节器，以及GTL开通逻辑单元、GTL关断逻辑单元和GTL产生器。


7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：程兆辉，于玮，何希见，
申请(专利权)人：安徽省东科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34