非对称半桥反激式开关电源及其控制芯片和控制方法技术

提供了一种非对称半桥反激式开关电源及其控制芯片和控制方法。非对称半桥反激式开关电源包括第一功率开关、第二功率开关、谐振电容、变压器，控制芯片被配置为：基于表征非对称半桥反激式开关电源的输出电压的输出反馈信号和表征流过变压器的原边电感的电流的电流感测信号，生成用于控制第一功率开关的导通与关断的上管控制信号；以及基于输出反馈信号和表征变压器的辅助电感上的电压的电压感测信号，生成用于控制第二功率开关的导通与关断的下管控制信号，其中，当第一功率开关处于关断状态时，谐振电容通过第二功率开关对变压器的原边电感放电的时间长度与以下电压值成正比，该电压值是第一功率开关处于导通状态时变压器的原边电感的充电电压。器的原边电感的充电电压。器的原边电感的充电电压。

【技术实现步骤摘要】
非对称半桥反激式开关电源及其控制芯片和控制方法


[0001]本专利技术涉及电路领域，更具体地涉及一种非对称半桥反激式开关电源及其控制芯片和控制方法。

技术介绍

[0002]开关电源又称交换式电源、开关变换器，是电源供应器的一种。开关电源的功能是通过不同形式的架构(例如，反激(fly
‑
back)架构、降压(BUCK)架构、或升压(BOOST)架构等)将一个位准的电压转换为用户端所需要的电压或电流。

技术实现思路

[0003]根据本专利技术实施例的用于非对称半桥反激式开关电源的控制芯片，其中，非对称半桥反激式开关电源包括第一功率开关、第二功率开关、谐振电容、以及变压器，该控制芯片被配置为：基于表征非对称半桥反激式开关电源的输出电压的输出反馈信号和表征流过变压器的原边电感的电流的电流感测信号，生成用于控制第一功率开关的导通与关断的上管控制信号；以及基于输出反馈信号和表征变压器的辅助电感上的电压的电压感测信号，生成用于控制第二功率开关的导通与关断的下管控制信号，其中，当第一功率开关处于关断状态时，谐振电容通过第二功率开关对变压器的原边电感放电的时间长度与以下电压值成正比，该电压值是第一功率开关处于导通状态时变压器的原边电感的充电电压。
[0004]根据本专利技术实施例的用于非对称半桥反激式开关电源的控制方法，其中，非对称半桥反激式开关电源包括第一功率开关、第二功率开关、谐振电容、以及变压器，该控制方法包括：基于表征非对称半桥反激式开关电源的输出电压的输出反馈信号和表征流过变压器的原边电感的电流的电流感测信号，生成用于控制第一功率开关的导通与关断的上管控制信号；以及基于输出反馈信号和表征变压器的辅助电感上的电压的电压感测信号，生成用于控制第二功率开关的导通与关断的下管控制信号，其中，当第一功率开关处于关断状态时，谐振电容通过第二功率开关对变压器的原边电感放电的时间长度与以下电压值成正比，该电压值是第一功率开关处于导通状态时变压器的原边电感的充电电压。
附图说明
[0005]从下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术，其中：
[0006]图1示出了根据本专利技术实施例的非对称半桥反激式开关电源的拓扑结构示意图。
[0007]图2示出了图1所示的非对称半桥反激式开关电源中的多个信号的工作波形图。
[0008]图3示出了根据本专利技术实施例的用于非对称半桥反激式开关电源的控制芯片的电路原理图。
[0009]图4示出了采用图3所示的控制芯片的非对称半桥反激式开关电源在临界连续模式下工作时的多个信号的工作波形图。
[0010]图5示出了采用图3所示的控制芯片102的非对称半桥反激式开关电源100在断续模式下工作时的多个信号的工作波形图。
[0011]图6示出了图3所示的零电压导通控制单元的示例实现的电路原理图。
具体实施方式
[0012]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。
[0013]图1示出了根据本专利技术实施例的非对称半桥反激式开关电源100的拓扑结构示意图。如图1所示，在非对称半桥反激式开关电源100中，第一和第二功率开关Q1和Q2均为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，通过谐振电容Cr和变压器T的原边电感Lp的谐振可以实现第一和第二功率开关Q1和Q2的零电压导通。
[0014]图2示出了图1所示的非对称半桥反激式开关电源100中的多个信号的工作波形图，其中：Gate_up表示用于控制第一功率开关Q1的导通与关断的上管控制信号，Gate_down表示用于控制第二功率开关Q2的导通与关断的下管控制信号，I
Lp
表示流过变压器T的原边电感Lp的电流(简称变压器原边电流)，I
Do
表示流过变压器T的副边电感Ls的电流(简称变压器副边电流)，HB电压表示第一和第二功率开关Q1和Q2之间的中间点HB处的电压。
[0015]结合图1和图2所示，在t0时刻，第一功率开关Q1从关断状态变为导通状态，非对称半桥反激式开关电源100的输入电压(即，直流输入电压)Vin通过谐振电容Cr给变压器T的原边电感Lp充电，变压器原边电流I
Lp
正向增大；在t1时刻，第一功率开关Q1从导通状态变为关断状态，输入电压Vin给变压器T的原边电感Lp充电的回路断开，由于电感中的电流无法突变，变压器原边电流I
Lp
给第二功率开关Q2的寄生电容放电，HB电压下降；在t2时刻，HB电压下降至0V，第二功率开关Q2的体二极管从关断状态变为导通状态，第二功率开关Q2实现零电压导通，之后谐振电容Cr和变压器T的原边电感Lp谐振，变压器原边电流I
Lp
下降至0A后负向增大，同时变压器T的副边电感Ls退磁；在t3时刻，变压器T的副边电感Ls退磁结束，变压器副边电流I
Do
回到0A，变压器原边电流I
Lp
也谐振到0A，之后谐振电容Cr通过第二功率开关Q2对变压器T的原边电感Lp放电，变压器原边电流I
Lp
负向增大；在t4时刻，第二功率开关Q2从导通状态变为关断状态，谐振电容Cr对变压器T的原边电感Lp放电的回路断开，由于电感中的电流无法突变，变压器原边电流I
Lp
给第一功率开关Q1的寄生电容放电，HB电压上升；在t5时刻，HB电压上升至输入电压Vin，第一功率开关Q1的体二极管从关断状态变为导通状态，第一功率开关Q1实现零电压导通。
[0016]由于变压器原边电流I
Lp
在t1时刻是正向峰值电流，谐振能量足够大，所以HB电压在t2时刻一定可以谐振到0V，从而实现第二功率开关Q2的零电压导通。在第二功率开关Q2从导通状态变为关断状态后，HB电压能否谐振到输入电压Vin从而实现第一功率开关Q1的零电压导通取决于在第二功率开关Q2从导通状态变为关断状态的t4时刻变压器原边电流
I
Lp
的负向电流幅值。谐振电容Cr通过第二功率开关Q2对变压器T的原边电感Lp放电的时间长度T
ZVS
决定了变压器原边电流I
Lp
的负向电流幅值，也就决定了在第二功率开关Q2从导通状态变为关断状态后谐振能量的大小，最终决定了第一功率开关Q1从关断状态变为导通状态前的HB电压。只有HB电压达到输入电压Vin才能实现第一功率开关Q1的零电压导通。
[0017]但是，随着输入电压Vin的变化，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于非对称半桥反激式开关电源的控制芯片，其中，所述非对称半桥反激式开关电源包括第一功率开关、第二功率开关、谐振电容、以及变压器，所述控制芯片被配置为：基于表征所述非对称半桥反激式开关电源的输出电压的输出反馈信号和表征流过所述变压器的原边电感的电流的电流感测信号，生成用于控制所述第一功率开关的导通与关断的上管控制信号；以及基于所述输出反馈信号和表征所述变压器的辅助电感上的电压的电压感测信号，生成用于控制所述第二功率开关的导通与关断的下管控制信号，其中当所述第一功率开关处于关断状态时，所述谐振电容通过所述第二功率开关对所述变压器的原边电感放电的时间长度与以下电压值成正比，该电压值是所述第一功率开关处于导通状态时所述变压器的原边电感的充电电压。2.根据权利要求1所述的控制芯片，进一步被配置为：基于所述输出反馈信号和所述电流感测信号，生成用于控制所述第一功率开关从导通状态变为关断状态的上管关断控制信号。3.根据权利要求2所述的控制芯片，进一步被配置为：当所述第二功率开关从导通状态变为关断状态时，对所述第二功率开关处于关断状态的持续时间进行计时；当所述第二功率开关处于关断状态的持续时间达到预设死区时间时，生成用于控制所述第一功率开关从关断状态变为导通状态的上管导通控制信号；以及基于所述上管导通控制信号和所述上管关断控制信号，生成所述上管控制信号。4.根据权利要求1所述的控制芯片，进一步被配置为：基于所述输出反馈信号，生成用于控制所述非对称半桥反激式开关电源的工作频率的上钳频信号；基于所述电压感测信号，生成用于表征所述变压器的原边电感的退磁情况的退磁检测信号；以及基于所述上钳频信号、所述退磁检测信号、以及所述电压感测信号，生成用于控制所述第二功率开关从导通状态变为关断状态的下管关断控制信号。5.根据权利要求4所述的控制芯片，进一步被配置为：当所述第一功率开关从导通状态变为关断状态时，开始对所述第一功率开关处于关断状态的持续时间进行计时；当所述第一功率开关处于关断状态的持续时间达到预设死区时间时，生成用于控制所述第二功率开关从关断状态变为导通状态的下管导通控制信号；以及基于所述下管导通控制信号和所述下管关断控制信号，生成所述下管控制信号。6.根据权利要求4所述的控制芯片，进一步被配置为：通过对所述电压感测信号进行下钳位，生成下钳位电压；通过对由所述下钳位电压产生的钳位电流进行采样，生成采样电压；通过基于所述退磁检测信号和所述上钳频信号控制固定电流源对电容进行充电，生成充电电压；以及通过比较所述采样电压和所述充电电压，生成所述下管关断控制信号。7.根据权利要求4所述的控制芯片，其中，当所述上钳频信号比所述退磁检测信号更早
地从低电平变为高电平时，所述非对称半桥反激式开关电源工作于临界连续模式。8.根据权利要求4所述的控制芯片，其中，当所述退磁检测信号比所述上钳频信号更早地从低电平变为高电平时，所述非对称半桥反激式开关电源工作于断续模式。9.根据权利要求4所述的控制芯片，其中，当所述变压器的原边电感退磁结束时，所述退磁检测信号从低电平变为高电平。10.根据权利要求6所述的控制芯片，其中，当所述上钳频信号和所述退磁检测信号均为高电平时，所述固定电流源对所述电容进行充电。11.一种用于非对称半桥反激式开关电源的控制方法，其中，所述非对称半桥反激式开关电源包括第一功率开关、第二功率开关、谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：方倩，孙运，方烈义，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：