CN103475198B - 适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路 - Google Patents

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Abstract

适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，属于电子技术领域。包括采样电路、参考电压基准源、比较器、三个RS触发器、三个延时电路和异或门；双管软开关变换器输出电压或电流的采样结果和参考电压的比较输出结果分成六路，其中三路分别接三个RS触发器的R端，另外三路分别经各自延时电路后接三个RS触发器的S端；第一RS触发器的Q端输出信号作为双管软开关变换器中主开关管的驱动信号，第二RS触发器的Q端输出信号和第三RS触发器的Q端输出信号经异或运算后作为双管软开关变换器中辅助开关管的驱动信号。本发明结构简单、成本低廉、易于实现，能为双管软开关变换器提供定导通时间的驱动信号，有效实现双管软开关功能。

Description

适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及DC-DC功率变换器，尤其是DC-DC功率变换器的反馈控制电路。
技术背景
各种功率变换器，如开关电源，功率因子校正，都需要使用开关器件。开关器件工作在硬开关状态下会产生严重的开关损耗，限制了工作频率和效率的提高，同时还会产生较高的di/dt，du/dt，从而产生大的电磁干扰。为了克服硬开关的缺点，软开关技术被广泛应用。
软开关变换器主要包括全谐振型、准谐振型技术、零开关型和零转换型。如图1所示，（a）为典型的全谐振型软开关变换器，一般用于半桥或者全桥电路；（b）为典型的准谐振型软开关变换器，一般用于Buck、Boost、Buck/Boost等单端直流变换器中。这两种软开关结变换器在常规结构中增加了谐振电容Cr和谐振电感Lr，反馈控制技术采用普通的电压反馈PWM，峰值电流反馈PWM等控制反馈方式来实现。零开关(ZCS)变换器、零转换型(ZCT)变换器应用稍晚，如图2所示，这两种软开关变换器均加入了额外的辅助开关管VT2，通过辅助开关管VT2来控制谐振元件的谐振过程。对于这种含有辅助开关管的软开关变换器，需要满足一定条件的多路PWM波形驱动。目前关于其PWM反馈控制的方法研究较少。普通的模拟PWM控制技术实现起来比较困难，因此多数采用开环控制，这就直接影响系统的稳定性；也有部分采用数字控制器来控制输出满足需求的多路PWM，这又额外的增加了数字控制器的成本。另外，目前功率变换器使用的反馈控制多为恒频PWM技术，对于双管软开关变换器，这种恒频PWM技术实现起来非常复杂。
发明内容
针对双管软开关变换器控制电路复杂、成本较高和稳定性较差的技术问题，本发明提供一种适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，所述反馈控制电路基于导通时间(Constant On-Time,简称COT)控制模式，具有结构简单、易于实现和成本较低的特点。
本发明的技术方案如下：
适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，如图3所示，包括一个采样电路、一个参考电压基准源、一个比较器、三个RS触发器、三个延时电路和一个异或门；采样电路对双管软开关变换器输出电压或输出电流进行采样，采样结果输入到比较器的负向输入端，参考电压基准源产生的参考电压输入到比较器的正向输入端；比较器输出信号一方面分别输入到第一、第二和第三RS触发器RS1、RS2和RS3的R端，另一方面分别通过第一、第二和第三延时电路后输入到第一、第二和第三RS触发器RS1、RS2和RS3的S端；第一RS触发器RS1的Q端输出信号作为双管软开关变换器中主开关管的驱动信号，第二RS触发器RS2的Q端输出信号和第三RS触发器RS3的Q端输出信号分别输入到异或门的两个输入端，异或门输出信号作为双管软开关变换器中辅助开关管的驱动信号。其中第一延时电路延时定义为ΔT1，第二延时电路延时定义为ΔT2，第三延时电路延时定义为ΔT3，三个延时满足关系：ΔT2>ΔT1>ΔT3。
本发明工作过程可描述如下：
首先，由采样电路采回电压或者电流信号，采样电路输出信号送入比较器反向输入端，与参考基准源比较，当采样信号高于参考源，比较器输出低电平，当采样信号低于参考源，输出高电平。然后，将比较器输出信号(a点信号)输入至三个触发器RS1、RS2、RS3的S端，同时将a点信号输入至三个延时电路延时ΔT1、ΔT2和ΔT3，延迟电路输出端接入相应的RS触发器的R端。RS触发器的作用是，如图4所示，由S端口上升沿和R端口上升沿，共同触发具有一定脉宽的新信号，该信号的正向占空比由两个上升沿的时间差决定。触发器RS1输出端口(b点)信号作为主开关管的驱动信号，触发器RS2和RS3输出端(c点、d点)接入异或门的两个输入端，异或门输出端(e点)信号作为辅助开关管的驱动信号。
进一步地，a点波形为高电平的持续时间为T0，它们之间满足T0>ΔT2>ΔT1>ΔT3。在双管软开关拓扑中，辅助开关管通常只在主开关管开启或关断的两个时刻附近开启一个非常短的时间，并且该时间长度是固定的。在上述信号产生机制当中，通过设置三个不同的延迟时间，得到三个开启时刻相同，但关断时刻不同的信号（b、c、d点信号），如图5所示，b、c、d点信号由相应RS触发器产生，且ΔT2>ΔT1>ΔT3，将延迟时间最长的c点信号和最短的d点信号进行异或运算，得到一个适合控制辅助关开关的新信号(e点)。该信号的特点是，如图5所示，主开关管的驱动信号(b点信号)的下降沿位于辅助开关管驱动信号(e点信号)的高电平期间，即t1<t2<t3，因此在主开关关断前后的小段时间内，辅助开关是导通的，从而实现软关断过程。
本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，一旦采样信号低于参考电压，就触发产生两个固定导通时间但周期可变的方波信号，其中一个用于驱动双管软开关变换器的主开关管，一个用于驱动双管软开关变换器的辅助开关管，且辅助开关管的导通时间恰好位于主开关管关断前后的小段时间内，从而实现双管软开关功能。本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，具有结构简单、成本低廉、易于实现的特点，能为双管软开关变换器提供定导通时间的驱动信号，且能有效实现双管软开关功能。
附图说明
图1为典型的准谐振和全谐振软开关变换器电路图。
图2为典型的双管软开关变换器电路图：ZCS和ZCT变换器。
图3为本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路图。
图4为基本的RS触发器工作波形图。
图5为本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路的主开关管和辅助开关管驱动波形产生原理示意图。
图6为本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路的的实验结果。
具体实施方式
适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，如图3所示，包括一个采样电路、一个参考电压基准源、一个比较器、三个RS触发器、三个延时电路和一个异或门；采样电路对双管软开关变换器输出电压或输出电流进行采样，采样结果输入到比较器的负向输入端，参考电压基准源产生的参考电压输入到比较器的正向输入端；比较器输出信号一方面分别输入到第一、第二和第三RS触发器RS1、RS2和RS3的R端，另一方面分别通过第一、第二和第三延时电路后输入到第一、第二和第三RS触发器RS1、RS2和RS3的S端；第一RS触发器RS1的Q端输出信号作为双管软开关变换器中主开关管的驱动信号，第二RS触发器RS2的Q端输出信号和第三RS触发器RS3的Q端输出信号分别输入到异或门的两个输入端，异或门输出信号作为双管软开关变换器中辅助开关管的驱动信号。其中第一延时电路延时定义为ΔT1，第二延时电路延时定义为ΔT2，第三延时电路延时定义为ΔT3，三个延时满足关系：ΔT2>ΔT1>ΔT3。
上述技术方案中，所述双管软开关变换器可以是零开关(ZCS)变换器或零转换型(ZCT)；所述延时电路可采用各种能实现延时功能的电路或器件实现。
本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，一旦采样信号低于参考电压，就触发产生两个固定导通时间但周期可变的方波信号，其中一个用于驱动双管软开关变换器的主开关管，一个用于驱动双管软开关变换器的辅助开关管，且辅助开关管的导通时间恰好位于主开关管关断前后的小段时间内，从而实现双管软开关功能。实验表明，该控制方式能有效实现软开关过程，如图6所示，主开关管关断时，其端电压上升斜率降低，当开关管电流降至零之后，端电压才逐步上升至最大值。由此可见，软开关过程得以实现。本发明提供的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，具有结构简单、成本低廉、易于实现的特点，能为双管软开关变换器提供定导通时间的驱动信号，且能有效实现双管软开关功能。

Claims (3)

1.适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，包括一个采样电路、一个参考电压基准源、一个比较器、三个RS触发器、三个延时电路和一个异或门；其特征在于：采样电路对双管软开关变换器输出电压或输出电流进行采样，采样结果输入到比较器的负向输入端，参考电压基准源产生的参考电压输入到比较器的正向输入端；比较器输出信号一方面分别输入到第一、第二和第三RS触发器(RS1、RS2和RS3)的R端，另一方面分别通过第一、第二和第三延时电路后输入到第一、第二和第三RS触发器(RS1、RS2和RS3)的S端；第一RS触发器(RS1)的Q端输出信号作为双管软开关变换器中主开关管的驱动信号，第二RS触发器(RS2)的Q端输出信号和第三RS触发器(RS3)的Q端输出信号分别输入到异或门的两个输入端，异或门输出信号作为双管软开关变换器中辅助开关管的驱动信号；其中第一延时电路延时定义为ΔT1，第二延时电路延时定义为ΔT2，第三延时电路延时定义为ΔT3，三个延时满足关系：ΔT2>ΔT1>ΔT3。
2.根据权利要求1所述的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，其特征在于，所述双管软开关变换器是零开关变换器或零转换型变换器。
3.根据权利要求1所述的适用于双管软开关变换器的定导通时间模式反馈控制电路，其特征在于，所述延时电路采用各种能实现延时功能的电路或器件实现。
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