[發明專利]隔離變換器的控制方法及控制器

有效

• 申請號: 202110432041.8
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113162426B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 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

本發明提供了一種隔離變換器的副邊控制方法及控制器，包括原邊輔控制芯片、隔離耦合單元、副邊主控制芯片。原邊芯片實現變換器系統的軟啟動及根據副邊發送的開通信號脈寬解調出勵磁電感的限流閾值；隔離耦合單元用于將副邊的開通信號隔離地發送至原邊；副邊芯片實現變換器的穩態控制，包括三大功能：①鉗位，變壓器消磁結束后短暫地導通同步管，將變壓器繞組兩端電壓鉗制到輸出電壓，以便主功率管實現ZVS開通；②同步整流，變壓器消磁階段導通同步整流管，減小消磁的損耗；③環路控制，采樣輸出電壓與基準電壓比較，調制開通信號的寬度，原邊基于開通信號的寬度解調出勵磁電流的限流閾值，實現閉環控制。

技術領域

本發明屬于電力變換器領域，特別涉及一種隔離變換器的副邊控制方法及控制器。

背景技術

隔離變換器的原、副邊沒有直流通路，由此帶來兩個好處：其一，對于原、副邊存在高電勢差的應用情況，可以滿足安全規范；其二，原、副邊的電噪聲不會相互干擾。隔離變換器通過功率變壓器，將原邊的電能轉換為磁能，再耦合到副邊轉換為電能，實現物理上的隔離。對于副邊穩壓的應用，需要將輸出電壓或負載電流信息隔離地反饋到原邊控制器實現閉環控制。傳統的方案是利用三端穩壓器(431)結合光耦合器，將輸出相關的電信號調制為光信號，再將光信號解調為電信號，實現反饋信號的隔離傳輸。

上述方案的不足之處在于：1、三端穩壓器及光耦合器需要較大的靜態工作電流，不利于功耗的降低，且光耦合器隨著時間的推移及工作環境的惡化存在光衰，性能退化；2、為了提高變換器的效率，副邊需要同步整流，傳統方案中同步整流控制器通過檢測與原邊主功率管實現同步，設計難度大。

為解決傳統方案的不足，一種方案是采用原邊反饋的控制策略，即原邊控制器通過檢測功率變壓器的反射電壓，對輸出電壓或負載電流的信息進行采樣，實現閉環控制，原邊反饋的控制策略雖然可以精簡外圍，降低空載功耗，但是輸出調節精度差，動態響應慢，而且仍然沒有簡化同步整流控制器的設計；另外一種方案是實現副邊控制，將主控制電路放到副邊，穩態控制時原邊主功率管的驅動信號由副邊控制器發送同步信號產生，同步信號的發送通過隔離耦合器件實現，由于隔離耦合器件的靜態電流很小，在簡化同步整流設計的同時，空載功耗得以降低，并且由于主控制電路在副邊，使得輸出信息的采樣及反饋十分及時，變換器的動態響應性能大大提升。

第二種方案是現有技術中的優選方案，市面上MPS(美國芯源系統)的全集成芯片MPX2001就是采用的這種方案，其空載功耗、動態響應、集成度等性能優越。但是，該芯片沒有實現主功率管及同步整流管的軟開關，最大工作頻率低，對于進一步提高變換器的功率密度及小型化發展不利。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明的目的是，提供一種隔離變換器的副邊控制方法及控制器。該控制方法及控制器能夠實現原邊主功率管的ZVS(零電壓開通)開通，同步整流管的ZCS(零電壓關斷)關斷，優化效率及EMI，降低功率器件的電應力；同時，實現輸出電壓或負載電流信息的連續反饋及副邊控制，保證輸出調節精度、動態響應及整個控制環路的穩定性；實現原邊主功率管和副邊同步整流管的同步，提高同步整流控制的魯棒性。

本發明的控制方法如下，包括如下步驟：

副邊主控步驟，通過控制隔離變換器的同步整流管的開通時序，實現鉗位和同步整流；

檢測隔離變換器的同步整流管漏極電壓，判斷出隔離變換器的變壓器消磁結束后諧振電壓的波谷，開通同步整流管，鉗位變壓器副邊兩端電壓為隔離變換器的輸出電壓，實現反向勵磁；

根據設定的死區時間，置位開通信號并發出，開通信號用于控制隔離變換器的原邊主功率管的導通情況；

根據設定的延時時間產生同步整流使能信號，當檢測到同步整流管漏極電壓低于0V，則開通同步整流管，實現整流；