[发明专利]一种有源钳位反激变换器自适应控制的方法及电路

说明书

本发明提供了一种有源钳位反激变换器自适应控制方法和电路，用于对钳位管的导通时间进行控制。有以下特点和效果：复用辅助绕组电压采样引脚判断是否实现主开关管ZVS开通，无需额外的引脚，减小了封装体积；将主开关管导通期间的开关节点电压比例值保存下来，在主开关管驱动信号的上升沿逐周期判断其ZVS开通实现情况，实现了真正意义上的自适应；由于保存的开关节点电压比例值逐周期刷新，所以主开关管ZVS开通实现情况的判断结果不受器件精度的影响，判断结果更加准确；对钳位管驱动信号宽度的双向控制，在实现主开关管ZVS开通的前提下，尽量减小主开关管体二极管流过的负向电流，降低了损耗。

技术领域

本发明涉及钳位管自适应控制的方法及电路，特别涉及有源钳位反激变换器中的钳位管的自适应控制方法及电路。

背景技术

反激变换器因其成本低、拓扑简单等优点广泛应用于中小功率离线式开关电源。实际工作过程中，反激变换器的原边能量并不能够完全传递到副边，留在原边的能量通过漏感和开关节点寄生电容的谐振在开关节点，即主开关管的漏端，产生很高的电压尖峰。为了减小开关管的电压应力，需要吸收电路，常规的吸收电路有RCD钳位电路、LCD钳位电路和有源钳位电路。其中，有源钳位电路添加额外的钳位管及较大的钳位电容，可以将漏感能量保存下来，并回收此能量至变换器输入端。另外，由于漏感的电惯性，有源钳位电路在漏感能量的回收过程结束后可以将主开关管漏端的电压拉低，从而实现主开关管的ZVS开通，减小主开关管的开通损耗，便于变换器功率密度的提升。

如图1所示，100为典型有源钳位反激变换器的电路图。图中，L_K为漏感、L_M为励磁电感、C_A为钳位电容、M_A为钳位管、M_P为主开关管、C_PAR为开关节点的寄生电容、R_S为励磁电感电流采样电阻、N_P为变压器原边绕组匝数、N_S为变压器副边绕组匝数、D_R为整流二极管、C_OUT为变换器输出电容、单元101为变换器的主控制芯片、单元102为隔离反馈电路。主控制芯片通过采样变换器输出电压和电流采样电阻R_S上的压降实现双环路峰值电流模控制，确定主开关管M_P何时开通、何时关断。为了实现主开关管M_P的ZVS开通，需要合理控制钳位管M_A导通的时间。实际上，仅仅依靠漏感很难将开关节点的电压拉至地电位，而需要将励磁电感L_M的感量适当减小，使得励磁电感也存在负向电流。在钳位管关闭之后，励磁电感和漏感仍然流过负向电流，从开关节点的寄生电容上抽取能量，使得开关节点电压拉至地电位。如图2所示，为典型的互补模式有源钳位反激变换器的关键信号波形，其中，G_M_P为主开关管的栅端驱动波形，G_M_A为钳位管的栅端驱动波形，DS_M_P为主开关管漏端电压波形，I_LM为励磁电感电流波形，I_LK为漏感电流波形。假设，励磁电感的感量为L_M，漏感的感量为L_K，励磁电感电流正向的峰值为I_PKP，负向的峰值为I_PKN，主开关管漏端电压为V_{DS_MP}，开关节点寄生电容容值为C_PAR，主开关管实现ZVS开通的条件是：对于变换器而言，励磁电感正向峰值电流I_PKP是随负载电流变化的，所以，为可靠实现主开关管的ZVS开通，需要保持一定的励磁电感负向峰值电流。即便如此，变换器不同的工作条件会带来器件参数的漂移，比如，输入电压变高，这时，就需要适当增大励磁电感的负向峰值电流。负向峰值电流的斜率为其中，V_OUT为变换器输出电压，则需要适当增加钳位管的导通时间才能增大负向峰值电流。然而，负向峰值电流过大，又会造成从主开关管体二极管通过的电流量增大，造成体二极管损耗增大。