[发明专利]反激变换器

说明书

公开了一种变换器电路。该变换器电路包含：变压器及连接至该变压器的初级侧的初级电路，其中该初级电路包含连接至地的第一开关。该变换器电路还包含连接至第一开关的第二开关及连接至该第二开关并连接至输入的钳位电容器。该变换器电路还包含连接至该变压器的次级侧的次级电路，其中该次级电路包含整流元件及连接至该整流元件的输出电容器。另外，该输出电容器对该变换器电路的谐振具有实质影响。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月9日提交的题目为“FLYBACK CONVERTER”的美国临时申请No.62/385,845的权益，该申请的公开通过引用并入本文。

技术领域

本申请大体而言是关于反激变换器，并且更具体而言是关于具有受输出电容器显著影响的谐振的反激变换器。

背景技术

单开关反激变换器拓扑普遍用于诸多应用中。在此范畴中，准谐振反激可以借助谐振操作来减少切换损耗。然而，变压器泄漏能量不能恢复并且需要钳位装置来保护初级开关及次级开关。另外，QR反激通常在150kHz以下操作以将切换损耗及EMI最小化。

图1是对具有次级二极管整流器的传统主动钳位反激(ACF)变换器的示意性图解说明。Lm表示变压器磁化电感，并且Lr可以是变压器的泄漏电感或与分立电感器串联的变压器的泄漏电感。电容器Cr 是钳位电容器并且S2是钳位开关。S1是与传统单开关反激所具有的开关相同的开关。D1是将电流传导至负载的整流器二极管。Co用于对输出电压的切换纹波进行滤波且具有大电容。

图1的变换器以及本文中所讨论的其它变换器的开关是由控制器 (未示出)驱动的，该控制器被编程以使得变换器使用来自电容器Cr 与电感器Lr共享的节点处的输入的能量来跨越输出电容器Co而产生电压。

主动钳位反激(ACF)是双开关拓扑，其达成软性切换且恢复泄漏电感能量。连续导通模式(CCM)主动钳位反激(诸如，图1中所示出的钳位反激)具有正磁化电流，并且因此具有较低RMS电流。然而，此电路需要外部电感器来达成全ZVS。另外，次级整流器关断是硬性切换。

图2是对传统不连续导通模式(DCM)主动钳位反激(ACF)变换器的示意性图解说明。与图1的变换器相比，图2中所图解说明的变换器的不连续导通模式ACF或临界导通模式ACF的磁化电流摆动至负电平。这可以达成对低侧开关的ZVS接通，并且可以使整流器装置的零电流切换(ZCS)关断成为可能。

为了减少整流器二极管(尤其是具有高输出电流的应用中的整流器二极管)的传导损耗，通常使用同步整流器(SR)拓扑，如图2中所图解说明。SR方案可以包含(举例而言)响应于所感测到的通过 SR开关S3的电流或所感测到的跨越SR开关S3的电压而接通SR开关S3，所感测到的电流及电压指示SR开关S3的体二极管是导通的。 SR开关S3可以是SiMOSFET或GaN HEMT并且在第三象限中操作以降低电压降。

SR开关通常经控制以在体二极管开始携载电流时导通且在体二极管电流下降至零时阻断。由于诸如电路系统延迟及寄生效应等因素， SR开关S3具有经延迟接通及提早关断，具体情形取决于SR控制器性能及电路寄生效应。当关断SR开关时，其体二极管开始使剩余电流转向。如果体二极管在SR开关S3被关断时仍携载高电流，则发生反向恢复过程。因此，电路经历高损耗、电压振铃及EMI噪声。因此，在关断SR开关S3之前尽可能地减小电流。如果二极管电流是零且二极管因此关断，则其处于零电流切换(ZCS)关断条件下。该操作通常具有低损耗、低电压振铃及低EMI噪声的益处。

为了分析ACF操作，图3中重画了具有开关输出电容的ACF拓扑。图4中示出了传统ACF变换器(诸如，图3中所图解说明的ACF 变换器)的操作波形。如由其符号所指示的，输出电容器Co的电容较大，且因此在分析电路时可以被视为恒定电压源。