[發明專利]有源鉗位反激變換器的控制方法及電路

有效

• 申請號: 201910835133.3
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110572037B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 尹向陽;於昌虎;李依嬌;曾正球
• 申請（專利權）人: 深圳南云微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種有源鉗位反激變換器的控制方法及電路。利用電流采樣電路采樣勵磁電感正向峰值電流生成電壓信號V_CS、電壓采樣電路采樣變換器的輸入電壓V_IN生成誤差電壓信號V_FB，與控制模式由非互補轉為互補的轉換閾值和由互補轉為非互補的轉換閾值進行比較，來確定變換器的工作狀態，變換器可以根據輸入電壓變化自適應調整模式轉換閾值。本發明將互補模式和非互補模式兼容在同一有源鉗位反激變換器中，在重載下采用互補模式，在輕載下采用非互補模式，從而使得有源鉗位變換器在整個負載范圍內均能獲得較高的能量轉換效率，進一步地，由于有源鉗位反激變換器在互補模式和非互補模式的工作頻率只相差2～3倍，在進行模式切換時，電路的環路穩定性較好。

技術領域

本發明涉及開關電源，特別涉及有源鉗位反激變換器的控制方法及電路。

技術背景

伴隨著電子產品的多功能化和小型化，對于開關電源也提出了新的要求：更小的體積和提供盡可能多的能量。這就需要盡量精簡拓撲的電路結構和提高開關電源的轉換效率。反激變換器具有電路結構簡單和能量轉換效率高的特點，因而被廣泛應用于中小功率離線式開關電源中。

常見的反激拓撲鉗位方式有：RCD鉗位、LCD鉗位和有源鉗位三種。在有源鉗位反激拓撲的電路中，增加了鉗位管和較大的鉗位電容，可以將變壓器漏感中的能量儲存下來，回收至變換器輸入端，從而實現主開關管的ZVS(Zero Voltage Switch，零電壓開關)導通，以便于減小開關管的開通損耗，提升變換器能量轉換效率。

圖1為現有技術典型的有源鉗位反激拓撲電路圖，其中，L_K為漏感、L_M為勵磁電感、C_A為鉗位電容、M_A為鉗位管、M_P為主開關管、C_PAR為開關節點的寄生電容、R_S為勵磁電感電流采樣電阻、N_P為變壓器原邊繞組匝數、N_S為變壓器副邊繞組匝數、D_R為整流二極管、C_OUT為變換器輸出電容、單元101為變換器的主控制芯片、單元102為隔離反饋電路。主控制芯片101控制主開關管M_P和鉗位管M_A的導通和關斷。通過控制主開關管M_P和鉗位管M_A的不同導通時序，可以使有源鉗位反激變換器在不同的控制模式下工作。

圖2為現有技術典型的互補模式有源鉗位反激變換器的關鍵信號波形。其中，G_M_P為主開關管的柵端驅動波形，G_M_A為鉗位管的柵端驅動波形，DS_M_P為主開關管漏端電壓波形，I_LM為勵磁電感電流波形，I_LK為漏感電流波形。其存在的問題如下：

當有源鉗位反激變換器工作在互補模式時，在重載下，主開關管和鉗位管實現了ZVS導通，變換器的功率管開通損耗顯著降低；同時，漏感、鉗位電容和回路寄生電阻組成的諧振回路中的循環能量在寄生串聯電阻上產生的損耗占比較小，因而變換器可以獲得較高的能量轉換效率；然而，輕載下諧振回路中的循環能量過大，損耗增加，因此輕載下的變換器能量轉換效率明顯降低。

其次，有源鉗位反激變換器工作于互補模式時需要滿足伏秒積平衡定理，即ΔI為勵磁電感電流的變化量，即勵磁電感正向峰值電流I_PKP與負向峰值電流I_PKN的差值，故可得

由上可得，勵磁電感的勵磁時間可以表示為同理，勵磁電感的消磁時間可以表示為其中，N為變換器的變壓器原副邊匝比，V_IN和V_O分別為變換器的輸入電壓和輸出電壓。由此可得變換器的工作頻率為：