[发明专利]一种有源钳位反激变换器及其控制方法

说明书

本发明提供一种有源钳位反激变换器及其控制方法，在有源钳位反激变换器中，控制器检测副边绕组的电流，并在其接近零或者过零时刻，控制钳位开关管开通，实现钳位开关管在副边绕组电流接近零或者过零时刻开通。本发明消除现有双脉冲非互补模式或者单脉冲后沿非互补模式采用的第三绕组电压过零检测方式带来的死区谐振过程。避免了死区谐振过程的损耗和EMI骚扰，同时缩短变换器的工作周期，提升变换器的工作频率和效率。

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，特别涉及一种有源钳位反激变换器及其控制方法。

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开关电源。在实际工作过程中，反激变换器由于漏感的存在，导致原边的能量不能全部传递到副边，留在原边的漏感能量与MOS管结电容之间谐振导致主开关管的漏极产生高频的电压尖峰。在产品设计过程中，为了减小主开关管的电压应力，通常的做法是添加适用的吸收电路，常见的吸收电路有RCD吸收电路、LCD吸收电路和有源钳位电路。其中，有源钳位电路添加额外的钳位开关管及较大的钳位电容，可以将漏感能量保存在钳位电容中，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通过反向励磁电流抽取主开关管漏端的结电容上的电荷，使得主开关管的漏极电压降低至零，从而实现主开关管的零电压开通(ZVS)，减小主开关管的开通损耗，进一步提高产品的功率密度。

请参考图1，图1为典型有源钳位反激变换器的电路图，有源钳位反激变换器100包括：漏感LK、励磁电感LM、钳位电容C_c、主开关管S1、钳位开关管S2、电流采样电阻RCS、变换器原边绕组NP、变换器副边绕组NS、整流二极管DR、变换器输出电容COUT、控制器120(即是该变换器的主控制芯片)以及隔离反馈电路130。控制器120通过采样变换器输出电压实现有源钳位反激变换器工作模式控制。

目前对于有源钳位反激变换器工作模式的控制分别为前沿非互补型、前沿非互补+QR控制型、后沿非互补型、互补型和双脉冲非互补型。控制类型繁多，但各有缺陷。

以现有双脉冲非互补控制模式为例，参考图2、图3所示，现有技术双脉冲非互补控制模式，第一脉冲时间为1/4的漏感与钳位电容的谐振周期，实现第一脉冲零电流关断，但其关断时刻为钳位电压最高点，主开关管漏极电压会快速钳位至Vin+nVo(Vin为输入电压，Vo为输出电压，Vin+nVo为输入电压加上输出反射到原边电感的钳位电压)，钳位开关管漏极和源极产生压差，会产生振荡。在第二脉冲打开时，会正激供电，导致副边功率管二次开通的问题。第二脉冲开启控制通过对辅助绕组过零检测，在延期3/4个谐振周期后实现开通，实现钳位开关管漏、源极电压波谷导通。该控制方法存在一个原边电感与开关管结电容的谐振周期的死区时间，该死区时间会带来谐振损耗和EMI问题，同时谐振时间为无用工作时间，降低了变换器的工作效率，限制了变换器的频率提升。

参考图6，现有技术单脉冲后沿非互补控制模式的反激变换器的时序如图所示。与现有双脉冲非互补控制模式时序一致，在T2-T3过程，钳位开关管体二极管导通替代钳位开关管开通，由于体二极管关断存在反向恢复过程，因此在T3关断时刻会产生更严重的震荡。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种有源钳位反激变换器及其控制方法，解决双脉冲非互补控制模式和单脉冲后沿非互补模式下，钳位开关管后沿脉冲开通时，副边功率管二次开通的问题和第二脉冲开通控制带来的谐振过程问题，以及两种模式下T3时刻的震荡问题。

本发明提供一种有源钳位反激变换器的控制方法，检测过有源钳位反激变换器副边绕组的电流，当接近零或者过零时刻，控制有源钳位反激变换器的钳位开关管开通，实现副边绕组的电流过零后，无死区谐振过程开通钳位开关管。