[發明專利]全橋直流-直流變換器的控制方法

有效

• 申請號: 200910198141.8
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN102055340A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 魏槐;秦衛鋒
• 申請（專利權）人: 絡能(上海)電子技術有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 胡美強

技術領域

本發明涉及開關電源領域，特別是涉及一種全橋直流-直流變換器的控制方法。

背景技術

在開關電源類的直流-直流變換器中，全橋拓撲技術被廣泛地應用于電壓轉換，如美國專利4864479和5132889所公開的變換器。在現有的全橋控制方案中，移相控制方法利用開關器件、變壓器和線路中的寄生參數達到開關器件的零電壓開通效果，目前在性能上是最優的。零電壓開通在高頻開關電源中，尤其是在高壓開關電源中對減少因開關引起的損耗和降低電磁干擾具有重要意義。多家半導體廠商提供實現全橋移相控制方法的芯片。

采用移相控制方法的全橋直流-直流變換器的線路如圖1所示，該全橋直流-直流變換器包含原邊線路20和付邊線路30，原邊線路20包含輸入電壓源21、與輸入電壓源21耦合的且由第一開關器件S1和第二開關器件S2構成的第一橋臂22、與輸入電壓源21耦合的且由第三開關器件S3和第四開關器件S4構成的第二橋臂23、耦合原邊線路20和付邊線路30的變壓器T、跨接在第一橋臂中點和第二橋臂中點之間的變壓器原邊繞組24、與變壓器的漏感或外接諧振電感LP相串聯的支路、全橋移相控制器25。付邊線路30采用具有代表性的推挽整流結構，其包含第五開關器件S5、第六開關器件S6、第一變壓器付邊繞組31、第二變壓器付邊繞組32、輸出電感Lo、輸出電容Co、負載R_L和誤差放大器36。

現有的移相控制方法的信號和變換器中的主要波形如圖2所示，第一開關器件S1的控制信號D_S1和第二開關S2的控制信號D_S2在開關周期內成反相關系，且占空比相同(接近50％)，兩者的導通區之間存在一個死區(圖2中的第三時刻t3至第四時刻t4和第七時刻t7至第八時刻t8)。同樣，第三開關器件S3的控制信號D_S3和第四開關器件S4的控制信號D_S4也在開關周期內成反相關系，且占空比相同(接近50％)，兩者的導通區之間存在一個死區(圖2中的第一時刻t1至第二時刻t2和第五時刻t5至第六時刻t6)。開關器件的控制信號的高電平表示導通，低電平表示關斷。移相是指兩個橋臂中相同位置開關器件的開關時刻之間的相位移。在圖2中，第一開關器件S1和第三開關器件S3的導通時段存在相位移(初始時刻t0至第二時刻t2)。從付邊整流電壓Vs的波形可以看出，此相位移直接決定了Vs的波形和占空比，也就實現了對輸出電壓的控制(Vs在開關周期內的平均值等于輸出電壓)。每個橋臂的上方開關器件和下方開關器件的導通區間存在一個死區。在此死區內漏感或勵磁電感中的電流對被關斷的開關器件的結電容充電，使圖2中的第一橋臂中點電壓VB1、第二橋臂中點電壓VB2、付邊整流電壓Vs的上升和下降都呈現一個諧振變化的過程，并使同臂中即將開通的MOSFET管的體二極管自然導通，從而實現零電壓開通。在實際應用中，當變壓器的漏感不足時，常在變壓器的原邊串接一個諧振電感。在圖2的移相控制方法中，第一開關器件S1和第二開關器件S2自然可以獲得零電壓開通；第三開關器件S3和第四開關器件S4的零電壓開通條件與諧振電感中的能量相關，因而與設計和工作點相關。

移相控制方法的不足之處在于該方法以移相形式實現對輸出電壓的調節，因此控制器實現起來較復雜，市場上眾多的高性價比的脈寬調制控制芯片無法被使用。工業界現有的移相控制芯片存在體積大，需較多外圍元件，以及成本高等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種全橋直流-直流變換器的控制方法，實現移相控制方法中的零電壓開通，同時通過對控制信號的簡化和以脈寬調制的方式對輸出電壓或電流進行控制，克服移相控制方法中因控制復雜帶來的缺點。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種全橋直流-直流變換器的控制方法，該方法采用包含原邊線路和付邊線路的全橋直流-直流變換器，原邊線路包含輸入電壓源、與輸入電壓源耦合的且由一個第一開關器件和一個第二開關器件串聯構成的第一橋臂、與輸入電壓源耦合的且由一個第三開關器件和一個第四開關器件串聯構成的第二橋臂、耦合原邊線路和付邊線路的變壓器、跨接在第一橋臂中點和第二橋臂中點之間的一個變壓器原邊繞組、與變壓器的漏感或外接諧振電感串聯的支路，付邊線路包含整流和濾波功能；其特征在于，第一開關器件的控制信號和第二開關器件的控制信號在開關周期內成互補關系；第三開關器件的控制信號和第四開關器件的控制信號在開關周期內成互補關系；第一開關器件和第三開關器件的導通時間相同，相位相反；第二開關器件和第四開關器件的導通時間相同，相位相反。