[發明專利]一種強制諧振反激變換器及零電壓開關自適應控制方法

有效

• 申請號: 202110490737.6
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113193758B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 徐申;鄒昊宸;聶靜雨;史小雨;孫偉鋒;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 任志艷

本發明公開了一種強制諧振反激變換器及零電壓開關自適應控制方法，屬于發電、變電或配電的技術領域。反激變換器包括主電路和控制電路。控制電路包括數字恒壓多模式模塊和零電壓開關模塊。數字恒壓多模式模塊用于控制輸出電壓恒定不變，包括雙線采樣模塊、PI補償模塊、模式判斷模塊、控制電壓模塊和開關驅動模塊。零電壓開關模塊用于控制強制諧振管的開啟以及關斷時刻，包括采樣模塊、零電壓開關自適應算法模塊、強制諧振使能模塊、過零檢測和開關驅動模塊。通過該自適應控制算法可實現強制諧振管的智能導通和關斷，在全電壓范圍內實現零電壓開關，相比于傳統無法精準實現零電壓開關的簡單控制算法，大幅降低開關損耗，提升效率。

技術領域

本發明涉及開關電源技術領域，尤其涉及一種強制諧振反激變換器及零電壓開關自適應控制方法。

背景技術

反激式開關電源作為數模混合控制系統，根據反饋控制環路實現方式的不同可以將反激式開關電源劃分為模擬控制和數字控制兩大類。相對于模擬控制類的反激式開關電源，數字控制的反激式開關電源具有可復用性強、靈活性高、便于實時監測、抗干擾能力強、避免模擬信號畸變失真等優點。因此，數字芯片廣泛應用在復雜控制的高端電源中，數字控制方式是目前高頻率、高效率開關電源的主流控制方法。

隨著現代集成技術的發展，開關電源設備在設計和研發都向著更小、更輕便的方向進行發展。同時，理論分析和實踐經驗表明開關電源內部使用的電容、電感以及變壓器等元器件的體積與質量都與電源工作頻率的平方根呈反比。因此，實現小型化、輕量化的器件設計目標必然要不斷提高開關電源的工作頻率。

然而，反激式開關電源主功率管的開關損耗占比隨著工作頻率的提高越來越大，這嚴重影響開關電源向高頻化、高效方向發展。因此，采取一定方法減小反激變換器主功率管的開關損耗顯得尤為重要。

傳統反激式開關電源的核心部分反激變換器采用光耦合器實現輸出電壓的反饋和電氣隔離，但是光耦合器的電流傳輸比受溫度影響較大，影響輸出電壓的采樣精度。為了克服光耦合器反饋輸出電壓的缺陷，采用原邊反饋的控制方式直接從原邊繞組或輔助繞組上采樣得到精確的輸出電壓信號，去除光耦合器的同時提高了集成度、降低成本及功耗。

現有的原邊反饋式反激變換器通過在自發諧振谷底導通的方式降低開關損耗，存在高壓輸入時對效率提升效果有限的缺陷，而本發明通過增加強制諧振支路實現零電壓開關，本申請旨在通過引入一種零電壓開關自適應數字控制算法，實現強制諧振管的智能導通和關斷，在全電壓范圍內實現零電壓開關以克服現有原邊控制方式的缺陷。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供了一種強制諧振反激變換器的零電壓開關自適應控制算法，在強制諧振支路應用到原邊反饋式反激變換器基礎上，引入零電壓開關自適應數字控制算法，精準地實現了強制諧振管的智能導通和關斷，解決了反激變換器在全電壓和全負載范圍內使用簡單的控制算法無法實現精準零電壓開關導致開關損耗過大的技術問題。

本發明提出了一種強制諧振反激變換器及零電壓開關自適應控制方法，一種強制諧振反激變換器包括主電路、數字恒壓多模式控制模塊和零電壓開關自適應控制模塊，數字恒壓多模式控制模塊和零電壓開關自適應控制模塊分別與主電路連接；

主電路包括反激變壓器、位于反激變壓器原邊的第一采樣支路和強制諧振支路，所述強制諧振支路的正電流方向與原邊電流相反，強制諧振支路在反激變換器自發諧振周期結束后產生與正電流方向相反的強制諧振電流直至勵磁電流達到負向峰值。

數字恒壓多模式控制模塊用于對采樣的原邊峰值電流和采樣電壓進行恒壓控制，采樣反激變壓器的原邊電流峰值并接收采集的膝電壓，從膝電壓中提取當前周期的誤差及控制模式信息，根據當前周期誤差生成當前周期控制信號，生成跟隨不同控制模式下控制參量的主開關管驅動信號以及跟隨原邊電流峰值的強制諧振支路控制信號。