一种反激变换器的控制方法、装置及反激变换器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种反激变换器的控制方法、装置及反激变换器，主功率开关管、钳位开关管和整流管在每个工作周期初始状态为关断；其中的控制方法为在反激变换器每个工作周期中，依次包括：开通主功率开关管第一持续时间，使得初级绕组储存能量；开通钳位开关管第二持续时间，使得漏感能量通过钳位开关管转移至钳位电容中储存，随后钳位电容中储存的漏感能量通过变压器转移到次级侧电路后输出；开通整流管第三持续时间，使得储存在初级绕组中的能量经由次级绕组释放；以及再次开通整流管第四持续时间，使得主功率开关管在负向电流到零之前导通。本发明专利技术控制简单，电路成本低，能兼顾高频应用场合下的低成本和高效率，适用于各种反激工作模式。作模式。作模式。

【技术实现步骤摘要】
一种反激变换器的控制方法、装置及反激变换器


[0001]本专利技术涉及开关电源领域，特别涉及反激变换器的控制方法、装置及反激变换器。

技术介绍

[0002]传统反激变换器具有电路简单且成本低、可靠性高、良好的输入输出隔离特性等优点，其广泛应用于中小功率开关电源。传统反激变换器的效率并不能做到很高，这也限制了其在高性能、大功率场合的应用，而导致其效率低的主要原因之一在于反激变压器的漏感占励磁电感感量的2％
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5％，甚至在输入输出隔离要求更高的场合，漏感占比更大。由于在主开关管开通期间，同时对励磁电感、漏感激磁储存能量，但在励磁电感去磁期间，漏感的能量并不能传递到副边，反而在主开关管关断时其漏源极产生巨大的电压尖峰，严重时可能造成开关管击穿，且漏感能量通过漏感与结电容的谐振损耗掉，故需要对漏感的能量进行处理，否则该能量会以热的形式直接损耗掉，对效率影响大，并带来更严重的EMI问题。
[0003]所以，有必要通过增加钳位电路处理反激变换器的漏感能量，抑制主开关管的关断电压尖峰，并将漏感能量回馈到主功率电路中，提高效率和工作可靠性。目前现有的钳位电路有无源RCD钳位、无源LCD钳位、有源钳位方案等。其中无源RCD吸收方案，只能钳位以减小主开关管的电压应力，不能回馈漏感能量，无法提升效率；而无源LCD钳位结构相对复杂，实现困难。
[0004]如图1(a)为现有技术的第一种有源钳位反激电路原理图、图1(b)为现有技术的第一种有源钳位反激电路工作波形图，其通过增加钳位管Q2既能抑制主开关管电压应力，回收漏感能量，还能实现主开关管自适应零电压开通(简称ZVS)。但本申请的专利技术人经过研究发现：该方案在漏感能量转移到钳位电容的过程中，由于钳位管不导通，使得漏感能量只能通过钳位管的体二极管储存到钳位电容中，这一过程会产生一定的损耗，影响反激变换器的效率；另外由于钳位电容Cr为了储存足够的能量，满足实现主功率开关管Q1零电压开通的要求，使得钳位电容的容值较大，较大的钳位电容使得流过钳位管的电流较大，尤其是高输入电压下为实现ZVS需要的能量更大，这也导致钳位管需要导通的时间更长，电流有效值更大，从而钳位回路损耗更大，这使得该方案需要选择电流规格更大、Rds(on)较小的钳位管Q2，故该技术方案明显增加了器件体积和成本，为了使这一缺陷不明显，该技术方案一般用于中大功率下主开关管需要实现ZVS的场合，且若要实现自适应ZVS效果，需要较复杂的控制策略。
[0005]图2(a)为现有技术的第二种有源钳位反激变换器的原理图、图2(b)为现有技术的第二种有源钳位反激变换器的工作波形图，其中通过控制钳位管Q2在变压器去磁期间导通，导通时间正比于去磁时间，能够实现漏感能量的处理，但是，本申请的专利技术人经过研究发现该方案也存在缺陷，一方面该方案的钳位管Q2导通时间长，钳位回路有效值电流大，不利于效率的提升；另一方面需要检测去磁时间，控制策略更复杂。

技术实现思路

[0006]有鉴如此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种反激变换器的控制方法、装置及反激变换器，既能实现主管零电压开通，又能回收漏感能量，并且本能够减小钳位电容容值,降低钳位开关管的成本，从而提高反激变换器在中小功率场合应用的优势。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的专利技术构思为：反激变压器漏感能量钳位电路包括一个钳位管和一个钳位电容，钳位管和钳位电容串联，两个串联器件位置可以交换，串联之后再与变压器的原边绕组并联，钳位管提供漏感能量吸收和释放的通道，钳位电容则是漏感能量暂时存储的介质。钳位管和主功率开关管非互补导通控制，使得该钳位电路能够适用连续、断续和临界工作模式反激电路，解决了现有反激变压器钳位电路控制过于复杂、成本高的问题，能兼顾高频应用场合下的低成本和高效率，从而其通用性、实用性更强。具体地，钳位管只在主功率开关管关断后导通一短暂的固定时间,该导通时间还可以基于负载进行脉宽补偿以实现更好的漏感能量回收效果，但脉宽远小于主管的关断时间。在这段时间内，漏感先去磁将其能量释放到钳位电容中，漏感去磁完毕后，钳位电容反过来再次对漏感进行激磁动作，激磁期间钳位电容储存的能量通过变压器回馈到输出电容中去。本专利技术的控制方法和控制装置可实现基于输入电压、输出负载大小控制整流管在主开关管关断期间开通一次或两次，以实现主开关管零电压开通。
[0008]作为本专利技术的第一个方面，所提供的反激变换器的控制方法实施例如下：
[0009]一种反激变换器的控制方法，所适用的反激变换器包括初级侧电路、次级侧电路、变压器和控制装置；所述初级侧电路包括主功率开关管、钳位开关管、钳位电容和所述变压器的初级绕组；所述次级侧电路包括整流管和所述变压器的次级绕组；所述控制装置包括初级侧控制器、次级侧控制器、驱动器和控制逻辑；所述初级侧控制器被配置为依据所述主功率开关管源极电流采样信号产生第一驱动信号控制所述的主功率开关管的导通和关断，并产生第二控制信号由所述驱动器据其控制所述钳位开关管的导通与关断；所述次级侧控制器被配置为依据所述整流管漏源极电压采样信号产生第三驱动信号控制所述整流管的导通与关断，所述控制逻辑被配置为执行所述控制方法；所述主功率开关管、所述钳位开关管和所述整流管在所述反激变换器的每个工作周期初始状态为关断；所述控制方法为在所述反激变换器每个工作周期中，依次包括：
[0010]开通所述主功率开关管第一持续时间，使得所述初级绕组储存能量；
[0011]开通所述钳位开关管第二持续时间，使得漏感能量通过所述钳位开关管转移至所述钳位电容中储存，随后所述钳位电容中储存的漏感能量通过所述变压器转移到所述次级侧电路后输出；
[0012]开通所述整流管第三持续时间，使得储存在所述初级绕组中的能量经由所述次级绕组释放；
[0013]以及再次开通所述整流管第四持续时间，使得所述主功率开关管在负向电流到零之前导通；
[0014]其中所述第一持续时间和所述第二持续时间之间存在第一时间间隔，所述第二持续时间和所述第三持续时间同时开始，所述第二持续时间较所述第三持续时间先结束，所述第四持续时间和下一个工作周期的第一持续时间存在第三时间间隔。
[0015]进一步地，所述第二持续时间与所述反激变换器的输出功率成正比。
[0016]进一步地，所述第三持续时间与所述反激变换器的输出功率成正比。
[0017]进一步地，所适用的反激变换器还包括反馈电路，所述反馈电路用于获取表征所述反激变换器输出电压大小的反馈信号，所述控制方法在每个工作周期中还包括：将所述反馈信号与第三阈值比较，依据比较结果确定是否开通所述整流管第三持续时间，具体地：
[0018]当所述反馈信号小于或等于第三阈值时，不会开通所述整流管第三持续时间。
[0019]进一步地，所适用的反激变换器还包括隔离电路，所述依据比较结果确定是否开通所述整流管第三持续时间是通过所述初级侧控制器是否通过所述隔离电路向所述次级侧控制器传递同步信号实现的，具体地：
[0020]当所述反馈信号小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反激变换器的控制方法，所适用的反激变换器包括初级侧电路、次级侧电路、变压器和控制装置；所述初级侧电路包括主功率开关管、钳位开关管、钳位电容和所述变压器的初级绕组；所述次级侧电路包括整流管和所述变压器的次级绕组；所述控制装置包括初级侧控制器、次级侧控制器、驱动器和控制逻辑；所述初级侧控制器被配置为依据所述主功率开关管源极电流采样信号产生第一驱动信号控制所述的主功率开关管的导通和关断，并产生第二控制信号由所述驱动器据其控制所述钳位开关管的导通与关断；所述次级侧控制器被配置为依据所述整流管漏源极电压采样信号产生第三驱动信号控制所述整流管的导通与关断，所述控制逻辑被配置为执行所述控制方法；所述主功率开关管、所述钳位开关管和所述整流管在所述反激变换器的每个工作周期初始状态为关断；所述控制方法为在所述反激变换器每个工作周期中，依次包括：开通所述主功率开关管第一持续时间，使得所述初级绕组储存能量；开通所述钳位开关管第二持续时间，使得漏感能量通过所述钳位开关管转移至所述钳位电容中储存，随后所述钳位电容中储存的漏感能量通过所述变压器转移到所述次级侧电路后输出；开通所述整流管第三持续时间，使得储存在所述初级绕组中的能量经由所述次级绕组释放；以及再次开通所述整流管第四持续时间，使得所述主功率开关管在负向电流到零之前导通；其中所述第一持续时间和所述第二持续时间之间存在第一时间间隔，所述第二持续时间和所述第三持续时间同时开始，所述第二持续时间较所述第三持续时间先结束，所述第四持续时间和下一个工作周期的第一持续时间存在第三时间间隔。2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于：所述第二持续时间与所述反激变换器的输出功率成正比。3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于：所述第三持续时间与所述反激变换器的输出功率成正比。4.根据权利要求1所述控制方法，所适用的反激变换器还包括反馈电路，所述反馈电路用于获取表征所述反激变换器输出电压大小的反馈信号，其特征在于，所述控制方法在每个工作周期中还包括：将所述反馈信号与第三阈值比较，依据比较结果确定是否开通所述整流管第三持续时间，具体地：当所述反馈信号小于或等于第三阈值时，不会开通所述整流管第三持续时间。5.根据权利要求4所述控制方法，所适用的反激变换器还包括隔离电路，其特征在于：所述依据比较结果确定是否开通所述整流管第三持续时间是通过所述初级侧控制器是否通过所述隔离电路向所述次级侧控制器传递同步信号实现的，具体地：当所述反馈信号小于或等于所述第三阈值时，所述初级侧控制器不通过所述隔离电路向所述次级侧控制器传递同步信号，使得所述次级侧控制器不会开通所述整流管第三持续时间；当所述反馈信号大于所述第三阈值时，所述初级侧控制器通过所述隔离电路向所述次级侧控制器传递同步信号，使得所述次级侧控制器开通所述整流管第三持续时间。6.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于：所述第四持续时间开始于所述主功率开
关管的结电容电压谐振到波峰，此时所述整流管漏源极电压谐振到对应的波谷。7.根据权利要求1所述控制方法，所适用的反激变换器还包括输入电压采样电路和反馈电路，所述输入电压采样电路用于获取表征所述反激变换器输入电压大小的输入电压采样信号，所述反馈电路用于获取表征所述反激变换器输出电压大小的反馈信号，其特征在于，所述控制方法在每个工作周期中还包括：将所述输入电压采样信号与第一阈值比较，同时将所述反馈信号与第三阈值比较，依据比较结果确定不开通所述整流管第三持续时间或不开通所述整流管第四持续时间，具体地：当所述输入电压采样信号小于或等于所述第一阈值，且所述反馈信号大于第三阈值时，不开通所述整流管第四持续时间；当所述反馈信号小于或等于所述第三阈值时，不开通所述整流管第三持续时间。8.一种反激变换器的控制装置，所适用的反激变换器包括初级侧电路、次级侧电路、变压器和所述控制装置；所述初级侧电路包括主功率开关管、钳位开关管、钳位电容和所述变压器的初级绕组；所述次级侧电路包括整流管和所述变压器的次级绕组；所述主功率开关管、所述钳位开关管和所述整流管在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，邓世源，
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：