[發明專利]一種零電壓開關的它激式推挽變換器的控制方法及變換器

有效

• 申請號: 201410150978.6
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103944402A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 周耀彬;余鳳兵;楊正蘭
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/337
• 分類號: H02M3/337
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術領域

本發明涉及一種推挽變換器，特別涉及一種具有零電壓開關特性的它激式推挽變換器，另外還涉及零電壓開關的它激式推挽變換器的控制方法。

背景技術

推挽式變換器電路結構簡單，驅動電路無需隔離，電路工作時變壓器雙向激磁，磁芯的利用率高，因此這種變換器具有體積小、效率高且動態響應好的優點，但因為變換器在工作時開關管的電壓應力是輸入電壓的2倍，所以這種變換器常應用在低壓輸入的中大功率場合。

推挽式變換器電路拓撲如圖1所示，電路中的兩個開關管Q1和Q2分別與一個帶有中心抽頭的隔離變壓器的初級繞組兩端相連，變壓器副邊由整流二極管D1和D2、儲能電感L1以及濾波電容C1組成全波整流濾波電路，在一些輸出電壓無需調節或者對輸出電壓精度要求不高的應用場合，電路中的電感L1可以省略，這種情況下，推挽變換器主要通過調節變壓器匝數比的方式來實現簡單的輸入輸出電壓轉換。

推挽式變換器在工作的過程中，由驅動信號控制開關管Q1和Q2實現輪流導通，開關管Q1導通時，輸入電壓Vin通過開關管Q1加在變壓器的原邊繞組Np1上，由于變壓器的作用，此時處于關斷狀態的開關管Q2兩端的電壓為2Vin，在開關管Q1導通的時間內，輸入電源Vin通過變壓器原邊繞組Np1、副邊繞組Ns2向負載提供能量。同理，當開關管Q1從導通狀態切換為關斷狀態時，開關管Q2開始導通，此時輸入電源Vin通過變壓器原邊繞組Np2、副邊繞組Ns1為負載提供能量。為了避免開關管Q1和Q2在工作狀態切換的過程中出現同時導通的情況，要求在開關管Q1和Q2的控制過程中設置一定大小的“死區時間”。所謂“死區時間”，是在一個開關周期內，驅動信號控制開關管Q1和Q2同時處于關斷狀態的持續時間。死區時間控制主要是通過調節驅動信號的占空比大小來實現。

效率和體積是判斷開關電源性能好壞的兩個重要的指標，在開關電源設計中，提高開關頻率是實現開關電源小型化的重要手段，但高頻化將會使變壓器或電感的磁芯損耗增加，使功率開關管的開關損耗加大，同時也將帶來更多的電磁干擾方面的問題。軟開關技術是使功率變換器得以高頻化的重要技術之一，它利用電容和電感的諧振原理，使開關器件的電流（或電壓）按正弦或接近正弦的規律變化，當電流過零時，使器件關斷，實現零電流關斷（ZCS，Zero?Current?Switching），或在電壓過零時，使器件開通，實現零電壓開通（ZVS，Zero?Voltagt?Switching），從而減小開關損耗。

公開號103078514A，公開日期2013年5月1日，名稱為“一種具有倍壓諧振能力的推挽變換器”提出了一種副邊整流二極管具有零電流關斷特性的推挽式變換器，電路結構如圖2所示。此電路原邊部分與常規的推挽式變換器基本相同，變壓器副邊則采用單繞組輸出的方式，整流濾波電路通過采用倍流整流的方式來實現。同時，為了讓電路具有軟開關特性，倍壓電容Cs的大小需要根據變壓器副邊繞組的等效漏感來合適選取。此實現方案的缺點在于電容Cs的取值與變壓器副邊繞組的等效漏感密切相關，在生產制造的過程中，變壓器原副邊的漏感精度難以控制，因此批量生產時電路的軟開關特性將難以保證。同時，為了實現零電流關斷，主功率電路需要添加一個有較大電流耐受能力的倍壓電容，使電路的成本和體積都有所增加。

公開號1592061，公開日期2005年3月9日，名稱為“推挽式變換器及用于電源供應器、不斷電供電系統的方法”提出了一種原邊開關管具有零電壓開關特性的推挽式變換器，電路結構如圖3所示。此實現方案的電路結構與普通的推挽式變換器基本相同，原邊開關管的零電壓開通主要是通過改變驅動信號占空比大小的方式來實現。在原邊兩個主功率開關管工作狀態切換的瞬間，利用變壓器激磁電流的大小，把即將需要從關斷狀態切換至導通狀態的開關管寄生電容進行放電，以此來實現零電壓開關。此方案的控制方法是：在輸入電壓較低或者輸出為重載的情況下，推挽式變換器需工作在驅動信號占空比接近0.5的條件下；而在輸入電壓較高或者輸出為輕載的情況下，推挽式變換器工作在PWM模式，此時控制原邊兩個開關管的驅動信號占空比明顯減小，在這種工作模式下電路無法實現零電壓開關。此實現方案的缺點是電路實現零電壓開關的條件始終與輸出負載的大小有關，而在輸入電壓較高或者輸出為輕載的條件下，這種控制方式將無法實現零電壓開關，尤其在高頻的條件下，將會帶來較大的開關損耗。

發明內容