CN100413194C - 一种控制dc-dc转换器的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种控制DC-DC转换器的方法，其在轻负载条件下，甚至DC-DC转换器中变压器的激励电感较高时，有利于防止开关频率增加，促进DC-DC转换器的转换效率。根据本发明的DC-DC转换器包括：第一串联电路，其包括连接到DC电源(10)的正、负端之间的开关器件(1)和(2)；第二串联电路，其包括电容器(3)和变压器(9)的初级绕组(6)，与开关器件(2)并联。其交替接通和关断开关器件(1)和(2)而在变压器(9)的次级绕组(7)和(8)两端产生正负电压，通过产生于次级绕组(7)和(8)的正负电压的全波整流而获得DC输出，且通过以驱动电路(18)同时改变开关器件(1)和(2)的开关频率和通断比控制该DC输出电压，而无须减少变压器的激励电感。

Description

一种控制DC-DC转换器的方法
技术领域
本发明涉及一种控制有半桥结构的DC-DC转换器的方法。
背景技术
图5是一个传统DC-DC转换器的方框电路图。
现参考图5，传统的DC-DC转换器包括：第一串联电路，其包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)1和2且并联到直流电源10；第二串联电路，其包括电容3和变压器9的初级绕组，且并联到MOSFET 2；一缓冲电容4并联到MOSFET 2上；以及包括二极管11的整流及平滑电路5连接到变压器9的次级绕组7，而二极管12连接到变压器9的另一次级绕组8。第一输出电压检测电路16检测输出电压V0。三角波发生器电路14产生三角波信号，其频率相应于输出电压V0与参考输出电压之差而变化。比较器15比较该三角波信号的频率和通断比设定电路(on-off ratio setting circuit)13的输出。驱动器电路18按固定的50％的通断比交替地接通和断开MOSFET 1和2。
如上所述，图5所示的传统DC-DC转换器通过以固定的通断比改变MOSFET 1和2的开关频率Fs而控制输出电压。因为上述的DC-DC转换器是通常的电流共振型转换器，且因为其操作与普通的一样，所以省略对传统DC-DC转换器的详细说明。
在传统DC-DC转换器中，变压器的激励电感应足够低以防止开关频率增加太大。
图6是关于开关频率Fs在DC电源电压Ed为100V和400V下，通断比D对输出功率Po的一组曲线。在传统的DC-DC变压器中，虽然开关频率根据负载条件和来自DC电源的输入电压而在一定程度上变化，但通断比D几乎没有显示出变化。
图7是一波形图，描述分别流经MOSFET 1和2的电流IQ1和IQ2，以及分别流经二极管11和12的电流ID11和ID12，其中二极管11和12连接到额定负载条件下的变压器次级绕组一侧。图8是一波形图，描述分别流经MOSFET 1和2的电流IQ1和IQ2，以及分别流经二极管11和12的电流ID11和ID12，其中二极管11和12连接到轻负载条件下的变压器次级绕组一侧。
减少变压器的激励电感从而防止在轻负载条件下开关频率增加太大，结果使得在额定负载和轻负载条件下高激励电流流入变压器，如图7和图8所示的IQ1和IQ2。该激励电流引起电抗性电流，其进一步引起在电路中阻抗上的损失，该阻抗例如为MOSFET和变压器绕组的电阻。由于所引起的损失，上述DC-DC转换器的转换效率低于轻负载条件下的转换效率。
按前述观点，本发明的一个目标是提供一种控制DC-DC转换器的方法，其有利于防止开关频率在轻负载条件下增加，且促进DC-DC转换器的转换效率。
发明内容
根据本发明，提供了一种控制DC-DC转换器的方法，该DC-DC转换器包括：第一串联电路，其包括两个开关器件且连接到DC电压的正端和负端之间；和第二串联电路，其包括一个或多个电容和变压器的初级绕组且并联地连接到一个开关器件上，该DC-DC转换器接通或断开开关器件以于变压器的次级绕组的两端产生正的和负的电压。该DC-DC转换器导通产生于变压器的次级绕组两端的正和负的电压的半波整流或全波整流以得到一DC输出，所述方法包括：所述两个开关器件的通断比相应于输出电压而改变，所述开关频率相应于DC电源电压而改变，并且，对于所述通断比，以额定负载时为50％附近、或负载小时小于50％的方式分别进行控制，对于所述开关频率，以输入电压高时则高、或输入电压低时则低的方式分别进行控制。
本发明还提供了一种控制DC-DC转换器的方法，该DC-DC转换器包括：第一串联电路，其包括两个开关器件且连接到DC电压的正端和负端之间；和第二串联电路，其包括一个或多个电容和变压器的初级绕组且并联地连接到一个开关器件上，该DC-DC转换器接通或断开开关器件以于变压器的次级绕组的两端产生正的和负的电压。该DC-DC转换器导通产生于变压器的次级绕组两端的正和负的电压的半波整流或全波整流以得到一DC输出，所述方法包括：在使所述两个开关器件的通断比为固定的状态下，进行改变所述开关频率的控制，而当所述开关频率达到一预定值后，在使所述开关频率为固定的状态下改变所述通断比，从而防止所述开关频率为所述预定值以上，并且，在负载大时固定通断比而改变开关频率，在负载小时固定开关频率而改变通断比。
附图说明
图1是一DC-DC转换器的方框电路图，该DC-DC转换器通过根据本发明的第一实施方案的控制方法来控制。
图2是电源电压Ed为100V和400V时，一组关于开关频率Fs和通断比D与输出功率Po的曲线。
图3是一DC-DC转换器的方框电路图，该DC-DC转换器通过根据本发明的第二实施方案的控制方法来控制。
图4是电源电压Ed为400V时，一对关于开关频率Fs和通断比D与输出功率Po的曲线。
图5是一传统DC-DC转换器的方框电路图。
图6是DC电源电压Ed为100V和400V时，一组关于开关频率Fs和通断比D与输出功率Po的曲线。
图7是一波形图，说明在额定负载条件下，流过图5中MOSFET的电流，以及流过连接到图5中变压器的次级侧的二极管的电流。
图8是一波形图，说明在轻负载条件下，流过图5中MOSFET的电流，以及流过连接到图5中变压器的次级侧的二极管的电流。
具体实施方式
现在将参考说明本发明优选实施方案的附图而详细说明本发明。所有附图中，如图5到图8中所用的相同的参考编号和符号代表相同的构成元件，为了简洁起见，略去重复的说明。
图1是一DC-DC转换器的方框图，该DC-DC转换器通过根据本发明的第一实施方案的控制方法来控制。
参考图1，根据第一实施方案的DC-DC转换器的主电路和传统的DC-DC转换器的主电路相同。根据本发明第一实施方案的DC-DC转换器和传统的DC-DC转换器不同，这是因为根据第一实施方案的DC-DC转换器进一步包括了第二电压检测器电路17，其输出被输入到三角波发生电路14，也因为第一电压检测电路16的输出还被输入到通断比设定电路13。
图2是DC电源电压Ed为100V和400V时，关于开关频率Fs和通断比D与输出功率Po(电压Vo与电流ID11和ID12的乘积)的一组曲线。
在上述电路中，由三角波发生电路14产生的三角波信号的振荡频率，也就是开关频率Fs，相应于由DC电源馈入的输入电压Ed而改变，且被第二电压检测器电路17检测。使得对应于100V和400V的输入电压Ed的三角波信号的振荡频率互不相同。在同一时间，MOSFET 1和2的通断比D相应于被第一电压检测器电路16检测到的输出电压Vo而调整(改变)，如图2所示。由此控制输出电压Vo。对任意一个DC电源电压Ed，开关频率Fs被预先设定为一个值，在该值下，通断比D在额定负载条件下大约是50％，因为在本发明所应用的DC-DC转换器中，最高转换效率是在通断比大约为50％时获得的。
图3是一个DC-DC转换器的方框电路图，该DC-DC转换器通过根据本发明的第二个实施方案的控制方法来控制。
现参考图3，根据第二实施方案的DC-DC转换器的主电路和传统DC-DC转换器的主电路相同。根据该第二实施方案的DC-DC转换器则不同于传统的DC-DC转换器，这是因为其中来自第一电压检测器电路16的输出不仅被输入到三角波发生器电路14，还被输入到通断比设定电路13。
图4是DC电源电压Ed为400V时，关于开关频率Fs和通断比D与输出功率Po的一对曲线。
如图3所示配置的电路基本通过改变开关频率Fs同时将通断比D固定于50％来调整输出电压Vo。在轻负载和类似条件下，当开关频率Fs超过一特定限制时，图3中的DC-DC转换器通过改变通断比D同时将开关频率Fs固定于如图4中所示的一个特定值来控制输出电压Vo。
发明效果
因为根据本发明而防止了开关频率显著增加，且减小了变压器的激励电流，甚至当变压器的激励电感比传统的激励电感高时，电抗性电流所引起的损失也被减小。根据本发明，DC-DC转换器的转换效率特别是在轻负载条件下得到了改进。
参考数字和符号的指代物
1，2：金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)
3，4，5：电容
6，7，8：绕组
9：变压器
10：DC电压源
11，12：二极管
13：通断比设定电路
14：三角波发生电路
15：比较器
16：第一电压检测器电路
17：第二电压检测器电路
18：驱动器电路

Claims (1)

1. 一种控制DC-DC转换器的方法，该DC-DC转换器包括第一串联电路，所述串联电路包括两个开关器件且连接到DC电源的正端和负端之间，该DC-DC转换器还包括第二串联电路，所述第二串联电路包括一个或多个电容和一变压器的初级绕组且并联地连接到其中一个所述开关器件，该DC-DC转换器接通或关断所述开关器件，借此在所述变压器的次级绕组两端产生正的和负的电压，且该DC-DC转换器导通在所述变压器的次级绕组两端所产生的正的和负的电压的半波整流和全波整流，从而获得DC输出，所述方法包括：
在使所述两个开关器件的通断比为固定的状态下，进行改变开关频率的控制，而当所述开关频率达到一预定值后，在使所述开关频率为固定的状态下改变所述通断比，从而防止所述开关频率为所述预定值以上，并且，
在负载大时固定通断比而改变开关频率，在负载小时固定开关频率而改变通断比。
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