一种不对称半桥反激变换器启动控制方法及其控制电路技术

本发明专利技术提供一种不对称半桥反激变换器启动控制方法，包括：启动控制步骤，接收不对称半桥反激变换器的主控IC电路单元输出的启机状态触发信号，并在启机状态触发信号存在期间，输出启机控制信号；驱动控制步骤，接收启机控制信号，在启机控制信号存在期间，将驱动信号稳压在较小的电压内，并输出处理后的驱动信号，用于驱动不对称半桥反激变换器的开关管。较小电压的驱动会使得主开关的开关速度大大减小，使得启机过程中dV/dt与di/dt产生的尖峰大大减小，对应的，整流管的启机电压应力减小。本发明专利技术还提供与上述方法对应的控制电路。本发明专利技术还提供与上述方法对应的控制电路。本发明专利技术还提供与上述方法对应的控制电路。

【技术实现步骤摘要】
一种不对称半桥反激变换器启动控制方法及其控制电路


[0001]本专利技术涉及不对称半桥反激变换器领域，特别涉及一种不对称半桥反激变换器启动的控制方法及其控制电路。

技术介绍

[0002]从20世纪60年代开始，得到发展和应用的开关变换器多为硬开关技术。但是随着科学技术的发展，各行各业对电源提出了更高地要求，高效率、高功率密度、小型化等成为电源行业研究的主要课题。软开关技术为实现这些高要求提供了可能性。软开关技术主要包括零电压开关(Zero-Voltage-Switching)，简称ZVS；零电流开关(Zero-Current-Switching)，简称ZCS。不对称半桥反激(AHBF)拓扑是使用软开关技术的拓扑。不对称半桥反激变换器可利用变压器的激磁电感、漏感，实现全输入/全负载范围内开关器件的ZVS、ZCS，这为开关电源产品的效率提升、体积减小、制造工艺简化、EMI改善等带来了可能。但不对称半桥反激(AHBF)拓扑存在轻负载效率低、空载功耗大、不适合宽压输入场合等问题，中国专利(专利号：201910513578X)提出的一种不对称半桥变换器及控制方法，是对不对称半桥反激变换器改进，与传统不对称半桥相比多了钳位网络，其解决了传统不对称半桥反激变换器的轻负载效率低、空载功耗大、不适合宽压输入场合等问题，使得钳位不对称半桥反激变换器产品化更近一步。
[0003]关于钳位不对称半桥的工作原理，请参考一种不对称半桥变换器及控制方法(专利号：201910513578X)，内有详细介绍，在此不再介绍。
[0004]钳位不对称半桥反激变换器(以下简称CAHBF变换器)和传统的不对称半桥反激变换器(以下简称AHBF变换器)在启机过程中，均存在副边整流管(整流二极管或同步整流MOS管)电压应力大的问题，这就意味着需要使用更高耐压值的整流管。使用更高耐压值的整流管一方面会增加成本，另一方面由于高耐压值的整流管的寄生参数较低耐压值的整流管大，会降低变换器的效率。因此，解决CAHBF变换器和AHBF变换器启机过程中的副边整流管的电压应力问题是必要的。先对启机出现副边整流管电压应力较大的问题产生的原因进行分析，以便更容易理解本专利技术的内容。
[0005]图1为CAHBF变换器拓扑结构图，图2为AHBF变换器拓扑结构图，因两拓扑启机策略及过程均一致，其产生的应力的原因也是一样的，所以下面以AHBF变换器为例，介绍电压应力产生的原因。
[0006]图3为CAHBF变换器的启机过程波形图，其中图3-1为启机整体波形图，可看出启机过程中副边整流管产生的电压应力很大；图3-2为启机过程中部分周期波形图，图3-3启机波形展开细节波形图。
[0007]启机过程中，在主开关Q1导通时，CAHBF变换器输出电压没有建立，同时电容Cr上电压也很小，励磁电流I
Lm
在启机过程中始终为正；因输出电压未完全建立，所以在主开关Q1关断后，电感去磁电压很小，因此去磁电流在主开关Q1开通(辅开关Q2关断时刻)之前不会过零。同时由于启机时主开关Q1的导通时间较短，辅开关Q2导通时间较长，在主开关Q1下一
开通周期之前，谐振电流已从负向电流谐振为正向电流，这就导致主开关Q1在启机过程中无法实现软开通。在稳态时，整流管由开通变为截止是发生在辅开关Q2的关断时刻，但启机过程中，由于谐振电流I
Lr
和励磁电流I
Lm
在主开关Q1开通(辅开关Q2关断时)之前都为正，即使辅开关Q2关断，电流仍会流过辅开关Q2的体二极管，因此输出整流管并不会在这一时刻关断，而是“推迟”到主开关Q1开通时刻关断，所以在该时刻有很大的di/dt。
[0008]总结来说启机时副边整流管产生较大电压应力有两个主要原因：
[0009]1、在启机过程中，由于励磁电感Lm没有负向电流，主开关Q1无法实现零电压导通(ZVS)，主开关Q1导通时会产生较大的电压应力(dV/dt)，导致输出端漏感与寄生电容谐振，产生尖峰。
[0010]2、在启机过程中，副边整流管无法零电流关断(ZCS)，导致整流管关断产生较大的反向恢复电流，产生较大的di/dt，从而引起回路谐振产生电压尖峰。
[0011]通过分析可知，CAHBF变换器启机过程中的电压尖峰产生在3个时刻，分别是主开关Q1开通时刻、辅开关Q2关断时刻、开关器件Q3关断时刻。AHBF变换器与CAHBF变换器相比，辅开关Q2关断时刻的尖峰和来管期间Q3关断时刻的尖峰合并成同一时刻产生。AHBF的应力分析具体过程不再赘述，相关工程技术人员可自行推演得出。
[0012]面对整流管启机瞬态电压应力超标的问题，通常工程师处理方法有以下几种：
[0013]1、在副边整流管并接RC吸收电路，利用电容C将电压尖峰能量吸收，同时在电阻R中将该能量消耗，此方法的缺点是RC吸收电路会在稳态时也消耗能量，降低整个电源系统的效率；
[0014]2、在副边整流管并接TVS管，此种方法只有在开机瞬态整流管电压应力超过TVS管耐压时，TVS管击穿吸收电压尖峰；此方法的缺点是TVS管的使用寿命有限，电源系统长时间工作，TVS管失效的机率较大，从而影响到电源系统的可靠性；
[0015]3、在整流管的管脚套接磁珠，此方法是利用磁珠特性抑制电压尖峰，但该方法的缺点是，磁珠对整流管封装及PCBlayout均有要求，使用较为受限。

技术实现思路

[0016]针对以上各种方法的局限性，许多技术人员想寻找一种方法，即从启机瞬态副边整流管产生的机制来解决电压应力问题。有鉴于此，本专利技术提出不对称半桥反激变换器启动控制电路及其控制方法，能解决现有技术方案影响电源系统效率、降低系统可靠性及应用局限性的问题。
[0017]本申请的专利技术构思为：从启机控制上进行处理，减缓启机过程中dV/dt及di/dt的变化速率，达到减小启机时副边整流管的电压应力的目的。而且启机控制只在电源系统启动瞬态起作用，稳态时关闭该控制，这样就不会对电源系统稳态的性能及指标产生影响，大大提高系统的稳定性及可靠性。
[0018]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种不对称半桥反激变换器启动控制方法，包括如下步骤，
[0019]启动控制步骤：接收不对称半桥反激变换器的主控IC电路单元输出的启机状态触发信号，并在启机状态触发信号存在期间，输出启机控制信号；
[0020]驱动控制步骤：接收启机控制信号，在启机控制信号存在期间，将驱动信号稳压在
较小的电压内，并输出处理后的驱动信号，用于驱动不对称半桥反激变换器的主开关。
[0021]作为处理后的驱动信号的一种，其为持续的、数值小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压的信号。
[0022]作为处理后的驱动信号的另一种，其为由低到高渐变的、数值始终小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压的信号。
[0023]作为处理后的驱动信号的又一种，其为由低逐渐增大到一定值后持续的、数值始终小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不对称半桥反激变换器启动控制方法，其特征在于：包括如下步骤，启动控制步骤：接收不对称半桥反激变换器的主控IC电路单元输出的启机状态触发信号，并在启机状态触发信号存在期间，输出启机控制信号；驱动控制步骤：接收启机控制信号，在启机控制信号存在期间，将驱动信号稳压在较小的电压内，即小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压，并输出处理后的驱动信号，用于驱动不对称半桥反激变换器的开关管。2.根据权利要求1所述的一种不对称半桥反激变换器启动控制方法，其特征在于：所述的处理后的驱动信号为持续的、数值小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压的信号。3.根据权利要求1所述的一种不对称半桥反激变换器启动控制方法，其特征在于：所述的处理后的驱动信号为由低到高渐变的、数值始终小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压的信号。4.根据权利要求1所述的一种不对称半桥反激变换器启动控制方法，其特征在于：所述的处理后的驱动信号为由低逐渐增大到一定值后持续的、数值始终小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压的信号。5.一种不对称半桥反激变换器启动控制电路，其特征在于：不对称半桥反激变换器启动控制电路串联于不对称半桥反激变换器的主控IC电路单元和不对称半桥反激变换器的开关管之间；包括启动控制单元电路和驱动控制单元电路，启动控制单元电路和驱动控制单元电路串联；启动控制单元电路用于接收不对称半桥反激变换器的主控IC电路单元输出的启机状态触发信号，并在启机状态触发信号存在期间，输出启机控制信号；驱动控制单元电路用于接收启机控制信号，在启机控制信号存在期间，将驱动信号稳压在较小的电压内，即小于不对称半桥反激变换器稳态工作时的启动电压，并输出处理后的驱动信号，用于驱动不对称半桥反激变换器的开关管。6.根据权利要求5所述的不对称半桥反激变换器启动控制电路，其特征在于：所述的启动控制单元电路包括脉宽时间调节电路、单稳态触发器及单稳态触发器供电电路，脉宽时间调节电路、单稳态触发器及单稳态触发器供电电路串联，单稳态触发器供电电路用于给单稳态触发器供电，单稳态触发器用于接收不对称半桥反激变换器的主控IC电路单元输出的启机状态触发信号，并在启机状态触发信号存在期间，输出启机控制信号，脉宽时间调节电路用于调节启机控制信号Vsout的时间宽度。7.根据权利要求6所述的不对称半桥反激变换器启动控制电路，其特征在于：所述的单稳态触发器为74HC123型号，单稳态触发器74HC123的2脚用于接收启机状态触发信号Vsta，单稳态触发器74HC123的5脚用于输出启机控制信号Vsout，单稳态触发器74HC123的1脚和9脚用于连接不对称半桥反激变换器的Vsw处；脉宽时间调节电路包括电阻R6、电容C7、电阻R9和电容C11，电容C7串接于单稳态触发器74HC123的14脚和15脚之间，电阻R6串接于不对称半桥反激变换器的辅助电源的Vcc端和单稳态触发器74HC123的15脚之间，电容C11串接于单稳态触发器74HC123的6脚和7脚之间，电阻R9串接于不对称半桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：张法旺，江波，杜波，
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：