[发明专利]原边反馈反激式电源CCM模式下的死区时间自动优化系统

说明书

一种原边反馈反激电源CCM模式下的死区时间自动优化系统，包括单输出DAC中点采样模块、数字控制模块、电流检测模块、死区时间计算模块和PWM驱动模块构成的控制系统与受控的同步整流原边反馈反激式变换器形成闭环，通过DAC采样机制，采样原边电流推算副边平均电流，得到CCM情况下原边平均电流I_{mid_p}和副边平均电流I_s(t_mid)，将副边电流输入到死区时间计算模块，得到合理的死区时间t_d，最后通过原边反馈回路和得到的死区时间t_d共同控制PWM驱动模块，产生原边开关管驱动信号duty以及副边整流管驱动信号duty_SR，使得在CCM模式下副边整流管关闭与原边开关管开启之间的死区时间能够的合理的优化。

技术领域

本发明涉及采用同步整流原边反馈的反激式开关电源，特别涉及一种同步整流原边反馈反激式电源CCM模式下的死区时间自动优化系统，属于隔离式开关电源变换器技术领域。

背景技术

电源是各个电子设备不可或缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及其能否安全可靠的工作，而目前主流应用是开关电源(Switch Mode PowerSupply)。开关电源又称之为开关变换器，是利用现代电力电子技术，通过调整开关器件的导通比来使输出电压恒定的一种电源。

由于反激变压器有着变压器和电感的双重功能，因此反激变换器不需要输出滤波电感，这对减小体积和降低成本尤为重要，因此反激变换器拓扑得到广泛应用。在传统的反激式开关变换器中，采用二极管整流方式，如图1所示。对于大功率的电源系统应用上，整流二极管的损耗己成为提高系统效率的瓶颈，为此提出了效率更高的同步整流结构。

同步整流是用通态电阻极低的MOSFET来取代整流二极管的一项新技术，主要应用在低压、大电流的场合。为了提高效率和降低损耗的需要，采用同步整流技术已经成为了一种必要的手段。同步整流管导通电阻低、正向压降小，因而整流损耗低，符合目前的设计需求。

同步整流结构如图2。原边开关管SW和副边整流管SR的栅极由两个时序相反的电压驱动，即当开关管SW开启时，整流管SR关闭，当开关管SW关闭时，整流管SR开启。当开关管SW开启，整流管SR关闭时，输入电压V_in使电感L上的电流线性上升，电感储存能量。当整流管SR开启，开关管SW关闭时，原边电感储存的能量通过变压器耦合到副边，给负载和输出电容供电。

为了避免反激变换器原副边开关切换过程中出现原边开关管与副边开关管同时导通造成的击穿现象，必须保证原副边管才开关管之间存在死区时间，即原边开关管关断后，副边开关管才能打开；副边开关管关断后，原边开关才能打开。根据在下一次原边开关管开启时，副边电流I_s是否下降到0，可以将反激变换器的工作状态分为连续模式(CCM)和断续模式(DCM)。在原边开关管关闭，副边整流管开启之前，CCM模式和DCM模式均存在寄生二极管的导通损耗。在副边整流管关闭，原边开关管开启之前，CCM模式由于寄生二极管和二极管的反向恢复，使得此时的损耗较大。DCM模式下，副边整流管关闭之前，副边电流I_s已经下降到0，所以此时就不存在寄生二极管损耗和二极管反向恢复损耗。因此，在相同的条件下，CCM模式比DCM模式的效率更低。

在同等功率等级的情况下，DCM模式峰值电流是CCM模式的2-3倍。而且， DCM模式将在输出同步整流管关断的瞬间产生较大的输出电压尖峰，从而需要较大的LC滤波器，并且这可能造成严重的RFI问题。此外，当DCM进入CCM模式下的时候有可能会出现震荡，从而使电路不稳定。因此，在某些特定场合下(如较小的峰值电流)，CCM模式能够更好地工作。

本文主要讨论优化CCM模式下原边关断与副边开启之间的死区时间的优化。图3给出了同步整流反激变换器在CCM模式下的主要信号波形，为了便于分析，下面将一个工作周期划分为若干个不同的阶段。