[发明专利]一种变换器及其控制方法

说明书

本发明涉及开关电源技术领域，提供一种变换器其控制方法。与现有技术相比，本发明变换器增加了电容Ca、电感La、开关管Q3及二极管D1、D2。本发明在输出电流较大的应用环境下，可以有效降低变换器的主开关管Q1硬关断带来的损耗，同时可有效缓解主开关管Q1硬关断产生的应力尖峰导致器件选型困难、EMI差的问题。

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种变换器及其控制方法。

背景技术

高效率，高功率密度是当前开关电源技术发展的主要趋势，硬开关技术因开关损耗大，EMI性能差逐步被软开关技术所代替。目前应用较多的软开关技术主要是零电压开通技术，即实现开关管开通时两端电压为零。

如专利申请号为CN202011039117.2的中国专利申请文件提出的一种可实现BUCK变换器的主开关管Q1软开通的控制方法，BUCK变换器的电路原理图如1所示，BUCK变换器通过在主开关管Q1导通前，将BUCK变换器中点电压Vs抬升至输入电压Vin附近，然后再让主开关管Q1导通，从而实现主开关管Q1的ZVS(零电压开通)。由于该控制方法主要通过检测电感L电流是否过零来实现。

然而，上述控制方法存在以下弊端：主开关管Q1虽然是零电压开通，但仍为硬关断，流过主开关管Q1的最大电流大于2倍的输出电流。在输出电流较大的应用场合，上述BUCK变换器会出现主开关管Q1关断尖峰应力大，关断损耗大问题，从而导致器件选型困难、EMI差及变换器整体效率低。而采用传统的电容吸收电路(如图2所示)，又会导致效率明显降低。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种变换器及其控制方法，可有效减小变换器的主开关管的关断应力，提高变换器的适用性、器件可靠性及EMI性能，降低器件选型难度。同时可实现变换器的主开关管的零电压关断，提高变换器的效率。

本发明的技术方案如下：

一种变换器，包括开关管Q1、开关管Q2、电感L以及电容Co；开关管Q1的漏极连接到输入电源，开关管Q1的源极同时与电感L的一端和开关管Q2的漏极联接，电感L的另一端连接到电容Co的一端，开关管Q2的源极同时连接到地，电容Co的另一端连接到地，

变换器还包括辅助电路，辅助电路具有开关管Q3、电感La、电容Ca、二极管D1以及二极管D2；开关管Q3的一端与输入电源连接，开关管Q3的另一端与电感La的一端及二极管D2的阴极连接，电感La的另一端与电容Ca的一端及二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与开关管Q2的漏极连接，二极管D2的阳极及电容Ca的另一端连接到地。

优选的，电容Ca为多个电容串联或并联的集合，开关管Q3可以为多个开关管串联或并联的集合。

上述变换器的控制方法包括：

控制开关管Q1导通，开关管Q1导通时，输入电源通过开关管Q1和电感L向电容Co及变换器的负载供电；

在开关管Q1导通期间，控制开关管Q3导通一固定时间，在开关管Q3导通期间，输入电源通过开关管Q3和电感La向电容Ca充电，使得电容Ca的电压充电至输入电压，此时，开关管Q2、二极管D1、二极管D2均截止；

控制开关管Q1和开关管Q3关断，此时，由于电容Ca上存在与输入电压相同的电压，所以主开关管Q1关断时，其两端的电压被钳位在零，实现了零电压关断，开关管Q1关断后，电容Ca通过二极管D1和电感L向电容Co及负载供电，直至电容Ca上的电完全放完，控制开关管Q2导通。

尤其要说明的是：一个开关周期内，开关管Q3所需导通时间T计算如下：

其中，Vin为变换器的输入电压、u_la为辅助电感La两端电压、u_ca为辅助电容Ca两端电压。