一种有源箝位反激式AC-DC变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种有源箝位反激式AC

【技术实现步骤摘要】
一种有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置


[0001]本专利技术属于开关电源控制
，具体涉及一种有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置。

技术介绍

[0002]随着笔记本电脑、平板电脑、手机等移动电子设备的普及，人们对便携式电子设备的有效使用时间提出了更高的要求。为了缩短充电时间，适配器厂商通常采用的方案是提高适配器的输出功率；为了提高适配器的便携性，厂商通常注重提高适配器的功率密度以减小其尺寸；为了满足AC
‑
DC变换器的外部电源能效标准以及提高用户的使用体验，厂商也需要注重提高适配器的效率来降低发热；因此，大功率、小型化、高效率是当前AC
‑
DC变换器发展的三大趋势。
[0003]反激变换器由于结构简单、成本较低，广泛应用于低于100W的中小功率适配器；反激变换器主要分为RCD反激变换器以及有源箝位反激变换器两类，其中RCD反激变换器结合准谐振控制模式广泛应用于65W以下的低频适配器。然而随着人们对适配器功率、效率以及体积的追求，RCD反激变换器不可避免的开关损耗与漏感能量耗散成了一大难题，限制了其在更大功率适配器的应用前景。
[0004]有源箝位反激变换器通过两个互补开关的合理动作，能够实现漏感能量的有效回收以及降低开关管的开关损耗。总体来说，有源箝位反激变换器相比于RCD反激变换器具有如下几点优势：其一，漏感中存在的能量的得到回收，而不是耗散在吸收电阻上，降低了系统损耗；其二，主功率管Q
L
的漏源电压在Q
L
关断时被箝位，降低了开关管的电压应力要求；其三，原副边开关均可实现软开关，降低了开关损耗；其四，有源箝位过程为副边同步整流提供了更为理想的波形，副边电流不存在高频震荡，削弱了系统噪声。所以有源箝位反激变换器更加适用于中小功率的电源适配器，能够有效地提高系统效率以及功率密度，有利于适配器功率提升、高效化和小型化。
[0005]尽管有源箝位反激变换器相比RCD反激变换器具有回收漏感能量，降低开关损耗，降低电压应力等优势，但是随着工作频率的提高，快速变化的电流电压在系统内部产生对外的很强的电磁辐射也成了一大难题。为了解决有源箝位反激变换器高频化带来的电磁干扰问题，抖频技术得到了广泛的应用，但是开关频率的改变，会影响功率管的零电压开通情况，降低系统效率。
[0006]文献[周正.频率抖动技术抑制变换器电磁干扰的研究.南京航空航天大学,2008.]采用了两种方法来实现频率抖动的功能，降低了反激变换器的电磁干扰，一个是外部调制信号结合传统PWM控制芯片的办法，一个是数字软件实现的办法，两种办法实现复杂且集成度都不高，该文献最终实现的频率抖动是周期性变化的，其EMI削弱效果不好。
[0007]公开号为CN103078489A的中国专利提供了一种用于利用开关频率抖动减小电磁干扰的系统与方法，其介绍了一种工作在准谐振模式的使用频率抖动技术的RCD反激变换器系统，频率抖动通过改变振荡器频率实现，增加了系统功耗且该技术应用于有源箝位反
激系统会带来很大的系统损耗。
[0008]现有公开的频率抖动技术都是基于RCD反激变换器的研究，且大多采用周期性频率抖动方案，应用于有源箝位反激系统EMI削弱效果低且影响系统效率。

技术实现思路

[0009]鉴于上述，本专利技术提供了一种有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置，其使用伪随机频率抖动方案结合快速ZVS实现方案，能够减少系统对外电磁干扰，提高工作频率与整机效率。
[0010]一种有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置，包括有源箝位反激式变换器及其控制芯片，所述有源箝位反激式变换器包括主功率管Q
L
、箝位管Q
H
、变压器、采样电阻Rs、高压检测电路、线电压检测电路以及输出电压检测电路，其中：
[0011]所述高压检测电路包括耗尽管Q1、齐纳管D1以及滤波电容Cs，其中Q1的漏极与Q
L
的漏极相连，Q1的栅极接固定的偏置电压Vb，Q1的源极与Cs的一端以及D1的阴极相连且作为SW点，Cs的另一端与D1的阳极以及采样电阻Rs的一端相连并接地，采样电阻Rs的另一端与Q
L
的源极相连并产生励磁电流电压Vcs；
[0012]所述输出电压检测电路包括光耦A1、偏置电阻Rbias、补偿电容C
INT1
和C
INT2
、补偿电阻R
INT1
、输出电压采样电阻R
01
和R
02
以及三引脚可调节的分流稳压器A2，其中Rbias的一端与R
01
的一端相连并接反激式变换器的输出电压端，Rbias的另一端与光耦A1的阳极相连，光耦A1的发射极接地，光耦A1的集电极产生反馈电流FB，光耦A1的阴极与R
INT1
的一端、C
INT1
的一端以及分流稳压器A2的阴极相连，R
INT1
的另一端与C
INT2
的一端相连，C
INT2
的另一端与C
INT1
的另一端、R
01
的另一端、R
02
的一端以及分流稳压器A2的参考电压端相连，R
02
的另一端和分流稳压器A2的阳极接地；
[0013]所述线电压检测电路包括辅助绕组、线电压采样电阻Rv1和Rv2、二极管D0和电容C0，其中辅助绕组与变压器原副边绕组耦合，辅助绕组的同名端与Rv2的一端相连并接地，Rv2的另一端与Rv1的一端相连并作为线电压采样端，Rv1的另一端与辅助绕组的异名端以及D0的阳极相连，D0的阴极与C0的一端相连，C0的另一端接电源电压VDD；
[0014]所述控制芯片包括：
[0015]启动和供电模块，用于在系统启动阶段从SW点取电，正常工作阶段从辅助绕组上取电，进而通过转换给整个芯片供电；
[0016]线电压检测补偿模块，通过线电压采样端检测输入线电压V
BULK
，进而根据V
BULK
计算出功率管死区时间的补偿量I_line；
[0017]模式控制模块，用于检测反馈电流FB，进而根据反馈电流FB生成用于控制系统的工作模式信号Vcst_pre；
[0018]死区控制模块，用于检测主功率管Q
L
开启时SW点的电压，进而根据主功率管Q
L
的ZVS(零电压开关)状况生成箝位管Q
H
的导通时间调整量I_tune；
[0019]主环路控制模块，根据工作模式信号Vcst_pre、补偿量I_line以及导通时间调整量I_tune计算生成励磁电流阈值电压信号Vcst以及箝位管Q
H
的导通电压阈值Vct；
[0020]控制逻辑模块，用于检测励磁电流电压Vcs，进而根据信号Vcst和Vct本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置，包括有源箝位反激式变换器及其控制芯片，所述有源箝位反激式变换器包括主功率管Q
L
、箝位管Q
H
、变压器、采样电阻Rs、高压检测电路、线电压检测电路以及输出电压检测电路，其特征在于：所述高压检测电路包括耗尽管Q1、齐纳管D1以及滤波电容Cs，其中Q1的漏极与Q
L
的漏极相连，Q1的栅极接固定的偏置电压Vb，Q1的源极与Cs的一端以及D1的阴极相连且作为SW点，Cs的另一端与D1的阳极以及采样电阻Rs的一端相连并接地，采样电阻Rs的另一端与Q
L
的源极相连并产生励磁电流电压Vcs；所述输出电压检测电路包括光耦A1、偏置电阻Rbias、补偿电容C
INT1
和C
INT2
、补偿电阻R
INT1
、输出电压采样电阻R
01
和R
02
以及三引脚可调节的分流稳压器A2，其中Rbias的一端与R
01
的一端相连并接反激式变换器的输出电压端，Rbias的另一端与光耦A1的阳极相连，光耦A1的发射极接地，光耦A1的集电极产生反馈电流FB，光耦A1的阴极与R
INT1
的一端、C
INT1
的一端以及分流稳压器A2的阴极相连，R
INT1
的另一端与C
INT2
的一端相连，C
INT2
的另一端与C
INT1
的另一端、R
01
的另一端、R
02
的一端以及分流稳压器A2的参考电压端相连，R
02
的另一端和分流稳压器A2的阳极接地；所述线电压检测电路包括辅助绕组、线电压采样电阻Rv1和Rv2、二极管D0和电容C0，其中辅助绕组与变压器原副边绕组耦合，辅助绕组的同名端与Rv2的一端相连并接地，Rv2的另一端与Rv1的一端相连并作为线电压采样端，Rv1的另一端与辅助绕组的异名端以及D0的阳极相连，D0的阴极与C0的一端相连，C0的另一端接电源电压VDD；所述控制芯片包括：启动和供电模块，用于在系统启动阶段从SW点取电，正常工作阶段从辅助绕组上取电，进而通过转换给整个芯片供电；线电压检测补偿模块，通过线电压采样端检测输入线电压V
BULK
，进而根据V
BULK
计算出功率管死区时间的补偿量I_line；模式控制模块，用于检测反馈电流FB，进而根据反馈电流FB生成用于控制系统的工作模式信号Vcst_pre；死区控制模块，用于检测主功率管Q
L
开启时SW点的电压，进而根据主功率管Q
L
的ZVS状况生成箝位管Q
H
的导通时间调整量I_tune；主环路控制模块，根据工作模式信号Vcst_pre、补偿量I_line以及导通时间调整量I_tune计算生成励磁电流阈值电压信号Vcst以及箝位管Q
H
的导通电压阈值Vct；控制逻辑模块，用于检测励磁电流电压Vcs，进而根据信号Vcst和Vct生成主功率管Q
L
和箝位管Q
H
的开关信号。2.根据权利要求1所述的有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置，其特征在于：所述模式控制模块根据反馈电流FB的大小，调整系统的工作模式并生成用于控制系统的工作模式信号Vcst_pre作为励磁电流阈值电压的初步值；当系统负载较重的时候，控制系统工作在负电流固定的调幅模式；当负载减轻到一定程度后，控制系统工作在突发模式。3.根据权利要求1所述的有源箝位反激式AC
‑
DC变换装置，其特征在于：所述死区控制模块包括：ZVS检测电路，在主功率管Q
L
开通时检测SW点电压，当检测到SW点电压下降到设定阈值的时候，输出Pulse_ZVS信号；当检测到SW电压未下降到设定阈值的时候，输出Pulse_NZVS
信号；ZVS状态监测电路，根据多个开关周期主功率管Q
L
的ZVS状况向自...

【专利技术属性】
技术研发人员：何乐年，何嘉保，杨宇昊，何丹妮，奚剑雄，
申请(专利权)人：杭州悦芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：