[發明專利]對輔助開關晶體管的導通時段具有自適應控制的開關功率轉換器

有效

• 申請號: 201910053690.X
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN110098743B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 劉文鐸;鄭聰;王曉艷;孔鵬舉
• 申請（專利權）人: 戴濼格半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/08;H02M1/088
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 桑敏

本公開涉及多開關的開關功率轉換器中零電壓開關的自適應控制，提供了一種開關功率轉換器，所述開關功率轉換器自適應地改變輔助開關晶體管的導通時段以定位能量充足與能量不足之間的邊界。

技術領域

本申請涉及開關功率轉換器，并且更具體地涉及用于多開關的開關功率轉換器中的零電壓開關的自適應控制。

背景技術

高效率的開關功率轉換器(例如反激式轉換器)已經成為作為移動設備的電池充電器的虛擬通用適配器。在反激式轉換器中，初級側控制器控制連接在變壓器的初級繞組與接地之間的功率開關晶體管的循環。當功率開關被循環導通時，經整流的AC電源電壓驅動初級繞組電流。經整流的AC電源電壓可以是幾百伏，使得它可以對功率開關晶體管施加應力。為了最小化功率開關晶體管的開關應力，已知準諧振(波谷模式開關)和零電壓開關技術。例如，已知對于功率開關晶體管的循環斷開時的漏極電壓的諧振振蕩采用波谷開關技術。諧振振蕩的峰值電壓可以相對魯棒(高達200V或更高)，而最小電壓(諧振振蕩中的波谷)要低得多。因此，波谷模式開關涉及檢測或預測諧振振蕩中的特定波谷，使得功率開關晶體管可以在特定波谷時導通。

盡管波谷模式開關因此降低了功率開關晶體管上的電壓應力，但請注意，波谷電壓不為零，而是可以在20V甚至更高(比如60V)的范圍內。然后，當功率開關晶體管導通時，該相對高的漏極電壓向地放電，這降低了效率。波谷模式開關的更高功率效率替代方案是零電壓開關(ZVS)。在ZVS操作中，變壓器中的泄漏能量被存儲并回收在電容器中，該電容器通過有源鉗位開關耦合到功率開關晶體管的漏極電壓。有源鉗位開關在諧振振蕩的峰值處循環，隨著泄漏能量被回收，漏極電壓放電到地以下。因此，ZVS架構在功率開關晶體管的導通時間對開關不施加應力。

然而，到目前為止，零電壓開關點的檢測已經被證明是有問題的。特別地，通常計算電路能量以估計完成諧振振蕩的半周期所需的能量。但是這種估計嚴重依賴于電路參數的準確性，因此受到相當大的過程變化的影響。此外，半周期估計很漫長并且消耗大量的計算能力。由此產生的不準確性導致功率開關硬導通或浪費諧振能量和大電壓應力。

因此，本領域需要改進用于開關功率轉換器的零電壓開關的控制。

發明內容

根據本公開的一方面，提供了一種用于開關功率轉換器的控制器，包括：波谷模式檢測器，所述波谷模式檢測器被配置為檢測功率開關晶體管的漏極電壓中的波谷，每個波谷為所述漏極電壓的局部最小值并具有正電壓；過零點檢測器，所述過零點檢測器被配置用于檢測所述漏極電壓的過零點，其中過零點發生在所述漏極電壓為零時；以及自適應導通時間控制電路，所述自適應導通時間控制電路被配置為在相對短的導通時段與相對長的導通時段之間調整輔助開關晶體管的導通時段以確定產生所述漏極電壓中的過零點的最佳導通時段，所述相對短的導通時段僅產生所述漏極電壓中的波谷，所述相對長的導通時段僅產生所述漏極電壓中的過零點，其中，比所述最佳導通時段更短的導通時段產生所述漏極電壓中的波谷而非過零點，并且其中，所述控制器被配置為在由所述最佳導通時段產生的所述漏極電壓中的過零點處導通所述功率開關晶體管。

根據本公開的另一方面，提供了一種用于開關功率轉換器的控制器，包括：波谷模式檢測器，所述波谷模式檢測器被配置為檢測功率開關晶體管的漏極電壓中的過零點和波谷兩者，每個波谷為為所述漏極電壓的局部最小值并具有正電壓，所述漏極電壓中的每個過零點在所述漏極電壓為零時產生；自適應導通時間控制電路，所述自適應導通時間控制電路被配置為在相對長的導通時段與相對短的導通時段之間調整輔助開關晶體管的導通時段以確定產生所述漏極電壓中的過零點的最佳導通時段，所述相對長的導通時段僅產生所述漏極電壓中的波谷，所述相對短的導通時段僅產生所述漏極電壓中的過零點，其中，比所述最佳導通時段更短的導通時段產生所述漏極電壓中的波谷而非過零點，并且其中，所述控制器被配置為在由所述最佳導通時段產生的所述漏極電壓中的過零點處導通所述功率開關晶體管。