[发明专利]一种基于临界导通模式的软开关实现及自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种基于临界导通模式的软开关实现及自适应控制方法，对工作于临界导通模式变换器的输入输出电压进行采样，实时计算确定主动管实现零电压开通及最小环流的最优死区时间；检测主动管漏极‑源极电压，判断是否实现软开关；将比较器的输出信号发送到数字控制器，数字控制器根据体二极管的导通状态自适应调整同步整流管导通时间，当判断主动管已实现软开关时，减小同步整流管导通时间以减小环流损耗；当判断主动管没有实现软开关时，增加同步整流管导通时间以实现软开关，实现自适应控制。本发明易实现、抗干扰能力强，能够自适应地调节同步整流管导通时间以实现主动管的软开关，减小环流，提高开关电源的效率。

技术领域

本发明属于电力电子开关电源优化及控制技术领域，具体涉及一种基于临界导通模式的软开关实现及自适应控制方法。

背景技术

零电压开关技术(ZVS)因其低开关损耗和低开关噪声的优势而被广泛应用于高频高效开关电源中。对于降压、升压等的脉宽调制开关电源，以临界导通模式(CRM)运行是实现零电压开关的一种简便方法。开关电源电路中的同步整流管的关断时间应得到精确控制，以实现零电压开关，同时最小化变换器中的环流。传统上需要使用电流过零检测电路(ZCD)，检测电感电流的过零时刻，并且参考过零信号设置最佳的同步整流管关断时间。一方面，如果同步整流管关断太早，则软开关将丢失。另一方面，如果同步整流管关断太晚，则环流将增加，从而导致损耗增加。

但是，在高频下准确控制同步整流管关断时间非常困难。电感电流的过零信号不可避免地存在主要来自控制器、驱动器等的延迟，会产生不必要的负电流，从而导致环流增加。此外，由于参数非线性、参数容差等，在不同工作条件下，同步整流管的关断时间和死区时间都很难准确计算。

面对以上问题，为了提高同步整流管关断时间的控制精度以减小开关电源损耗，传统的解决方法主要有两种：

1、延迟补偿的方法，该方法提前测量电感电流的过零信号的延迟时间，在控制中补偿延迟和计算误差，但计算复杂度将增加，在不同工作条件下的调节过程将非常耗时。而且，如果控制器的时钟频率受到限制，补偿的难度将随着开关频率的增加而增加。

2、检测主动管漏极-源极电压变化率dv/dt的方法，该方法通过检测dv/dt来区分是否实现软开关，从而自适应地调整同步整流管导通时间。该方法省去了电流过零检测电路，但需要检测dv/dt的高速信号处理电路。此外，由于dv/dt易受多种因素影响，例如总线电压、输出电流、寄生效应等，因此该方法存在误判的风险。

因此，如何更准确地实现对同步整流管导通时间的控制，帮助开关电源实现软开关及减小环流损耗，成为开关电源设计中亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于临界导通模式的软开关实现及自适应控制方法，解决了现有技术中存在的信号延迟和计算误差造成软开关丢失及环流增大引起开关电源效率低和干扰大等问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于临界导通模式的软开关实现及自适应控制方法，包括以下步骤：

S1、对工作于临界导通模式变换器的输出电压和输入电压进行采样，测量电感感值和开关管输出电容，实时计算确定主动管实现零电压开通及最小环流的最优死区时间；

S2、搭建零电压开通检测电路，检测主动管漏极-源极电压，判断是否实现软开关；

S3、将比较器的输出信号发送到数字控制器，数字控制器根据体二极管的导通状态自适应调整同步整流管导通时间，当判断主动管已实现软开关时，减小同步整流管导通时间以减小环流损耗；当判断主动管没有实现软开关时，增加同步整流管导通时间以实现软开关，实现自适应控制。

具体的，步骤S1中，主动管实现零电压开通及最小环流的最优死区时间T_d2计算如下：