适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，通过降低变换器工作在轻载时的开关频率，提高变换器在轻载时的效率。本发明专利技术根据负载的大小，切换使用不同的定时器以调节开关频率，为了避免定时器在切换点附近频繁切换，引入滞环控制，而为了避免定时器切换时造成的频率突变问题，在变频定时器中加入限幅单元，限制变频定时器的最高频率等于定频定时器的频率，且进行了合理的参数设计，保证变换器的开关频率随负载的变化而连续变化。进一步地，由于变换器的开关频率与变频定时器频率完全相同，可以去除定频定时器和定时器选择单元，可大幅简化系统复杂度。本发明专利技术实现简单，安全有效。安全有效。安全有效。

【技术实现步骤摘要】
适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统


[0001]本专利技术属于变换器
，特别是一种适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统。

技术介绍

[0002]双钳位零电压开关变换器是一种隔离式DC/DC电路拓扑，因其结构简单，高效率，原副边隔离，宽输入输出范围等特点被广泛应用于通讯和军工等电源领域。如图1所示的双钳位零电压开关变换器，包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5，其中第三开关管又称为有源钳位管，以及一个功率变压器T，如图1虚线框内所示，功率变压器原边一端连接于第一开关管Q1和第二开关管Q2之间，另一端连接于有源钳位管Q3和第四开关管Q4之间，变压器副边一端连接于输出电压v
o
的正端，一端连接于第五开关管Q5。图1还包含一个主控制器、有源钳位管控制器和同步整流控制器，主控制器用于产生第一开关管Q1、第二开关管Q2和第四开关管Q4的控制信号S1、S2和S4，有源钳位管控制器产生有源钳位管Q3的控制信号S3，同步整流控制器产生第五开关管Q5的控制信号S5。输入源以电压V
in
向变换器输入功率，经过功率变换，以输出电压v
o
向负载提供功率。
[0003]双钳位零电压开关变换器具有多种控制方式，其中主流的方式为：临界导通模式(boundary conduction mode，BCM)和电流断续模式(discontinuous conduction mode，DCM)相结合的控制策略。当变换器的负载较轻时，变换器工作在DCM，此时双钳位零电压开关变换器在一个开关周期内具有四个工作阶段，如图2所示，具体为输入储能阶段，原副边能量传递阶段，谐振阶段，续流阶段。随着变换器负载的加重，续流阶段的维持时间逐渐缩短，当续流阶段的维持时间降低至零时，变换器进入BCM，如图3所示。当负载继续加重时，变换器通过降低开关频率以保证其工作在BCM。
[0004]但此控制方式在变换器负载较轻时存在一定的缺陷。随着变换器负载的逐渐降低，开关管Q1的导通时间逐渐减小，此时激磁电感电流的幅值也随之降低。而开关管Q2，开关管Q3和开关管Q5的零电压开通需要依靠激磁电感电流对其结电容进行完全放电，当激磁电感电流降低至一定的幅值，激磁电感电流在死区时间内不足以对开关管Q2，开关管Q3和开关管Q5的结电容进行完全放电，此时开关管Q2Q3Q5将无法实现零电压开通，进而产生较大的开通损耗，降低变换器的效率。此外，当变换器负载较轻时，变换器的驱动损耗占比将增加，同样会降低变换器的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，通过降低变换器工作在轻载时的开关频率，提高变换器在轻载时的效率。为了降低变换器工作在轻载时的开关频率，可以使用多个具有不同频率特性的定时器，进而根据负载的大小，切换使用不同的定时器以调节开关频率。当变换器负载较轻时，可以切换至频率较低的定时器实现降频。为了避免定时器在切换点附近频繁切
换，通常需要引入滞环控制，而滞环控制的引入会造成变换器在定时器切换点处的开关频率存在突变，对变换器造成一定的冲击。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，所述系统包括：
[0007]第一控制信号产生单元，用于产生第一开关管和第二开关管的控制信号S1和S2；
[0008]第二控制信号产生单元，用于产生第四开关管的控制信号S4；
[0009]周期定时器，用于控制变换器的开关频率，包括定频定时器、变频定时器；
[0010]定时器选择单元，用于选择切换周期定时器中不同频率特性的定时器；
[0011]误差放大器单元，用于输出误差信号v
err
。
[0012]进一步地，所述定时器选择单元包括滞环比较器、限幅单元、第一非门、第一开关以及第二开关；所述限幅单元用于对变频定时器的最高开关频率进行限制；
[0013]所述滞环比较器的正输入端连接误差放大器的输出信号v
err
，负输入端为定时器切换点V
set
；所述滞环比较器的输出S
d
通过第一开关连接定频定时器，同时通过第一非门、第二开关连接变频定时器；所述误差放大器单元的输出通过限幅单元连接变频定时器；所述滞环比较器的阈值电压为V
set1
和V
set2
，定频定时器、变频定时器的频率分别为f
s_max
、f
b
；
[0014]当负载逐渐加重，使得v
err
>V
set2
时，滞环比较器的输出信号S
d
置高，第一非门的输出信号S
b
置低，第一开关开通，第二开关关断，周期定时器由变频定时器切换至定频定时器，f(V
set2
)＝f
s_max
；当负载逐渐减轻，使得v
err
<V
set1
时,滞环比较器的输出信号S
d
置低，第一非门的输出信号S
b
置高，第一开关关断，第二开关开通，周期定时器由定频定时器切换至变频定时器，此时f(V
set1
)<f
s_max
。
[0015]进一步地，所述变频定时器的频率表达式为：
[0016][0017]式中，v
con
为受控量，v
err
作为变频定时器的受控量v
con
，V
set3
为限幅单元的限幅值。
[0018]进一步地，所述滞环比较器的阈值电压V
set1
和V
set2
满足V
set2
>V
set1
>V
set3
。
[0019]本专利技术与现有技术相比，其显著优点：1)本专利技术根据负载的大小，切换使用不同的定时器以调节开关频率；2)通过在变频定时器中加入限幅单元，限制变频定时器的最高频率等于定频定时器的频率，且进行合理的参数设计，可以有效避免定时器切换时造成的开关频率突变问题，保证变换器的开关频率随负载的变化而连续变化；3)由于变换器的开关频率与变频定时器频率完全相同，可以去除定频定时器和定时器选择单元，可大幅简化系统复杂度；4)实现简单，安全有效。
[0020]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0021]图1为双钳位零电压开关变换器的结构图。
[0022]图2为双钳位零电压开关变换器在轻载时的时域波形图。
[0023]图3为双钳位零电压开关变换器在重载时的时域波形图。
[0024]图4为现有控制策略本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，其特征在于，所述系统包括：第一控制信号产生单元，用于产生第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)的控制信号S1和S2；第二控制信号产生单元，用于产生第四开关管(Q4)的控制信号S4；周期定时器，用于控制变换器的开关频率，包括定频定时器、变频定时器；定时器选择单元，用于选择切换周期定时器中不同频率特性的定时器；误差放大器单元，用于输出误差信号v
err
。2.根据权利要求1所述的适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，其特征在于，所述定时器选择单元包括滞环比较器、限幅单元、第一非门(G
n
)、第一开关(Q
d
)以及第二开关(Q
b
)；所述限幅单元用于对变频定时器的最高开关频率进行限制；所述滞环比较器的正输入端连接误差放大器的输出信号v
err
，负输入端为定时器切换点V
set
；所述滞环比较器的输出S
d
通过第一开关(Q
d
)连接定频定时器，同时通过第一非门(G
n
)、第二开关(Q
b
)连接变频定时器；所述误差放大器单元的输出通过限幅单元连接变频定时器；所述滞环比较器的阈值电压为V
set1
和V
set2
，定频定时器、变频定时器的频率分别为f
s_max
、f
b
；当负载逐渐加重，使得v
err
>V
set2
时，滞环比较器的输出信号S
d
置高，第一非门(G
n
)的输出信号S
b
置低，第一开关(Q
d
)开通，第二开关(Q
b
)关断，周期定时器由变频定时器切换至定频定时器，f(V
set2
)＝f
s_max
；当负载逐渐减轻，使得v
err
<V
set1
时,滞环比较器的输出信号S
d
置低，第一非门(G
n
)的输出信号S
b
置高，第一开关(Q
d
)关断，第二开关(Q
b
)开通，周期定时器由定频定时器切换至变频定时器，此时f(V
set1
)<f
s_max
。3.根据权利要求1或2所述的适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，其特征在于，所述变频定时器的频率表达式为：式中，v
con
为受控量，v
err
作为变频定时器的受控量v
con
，V
set3
为限幅单元的限幅值。4.根据权利要求3所述的适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，其特征在于，所述滞环比较器的阈值电压V
set1
和V
set2
满足V
set2
>V
set1
>V
set3
。5.根据权利要求4所述的适用于双钳位零电压开关变换器的无缝模式切换系统，其特征在于，所述变频定时器包括减法模块、第一电阻(R
a
)、第一运算放大器、第二开关Q
b
、第二电阻(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚洲，陆杨军，王廷营，仲羿诚，刘文煜，李伟鹏，唐海瑞，杨静，杨涛，黄坤，祝青，吴超，郝英杰，
申请(专利权)人：上海杰瑞兆新信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：