CN108696132A - 控制装置及控制方法 - Google Patents

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CN108696132A CN201710524232.0A CN201710524232A CN108696132A CN 108696132 A CN108696132 A CN 108696132A CN 201710524232 A CN201710524232 A CN 201710524232A CN 108696132 A CN108696132 A CN 108696132A
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宋海斌
章进法
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Abstract

本公开涉及一种控制装置及控制方法，应用于反激变换器，该反激变换器包含一辅助开关。该控制装置包括：导通时间设定单元，用于根据激磁负电流基准值和反激变换器的输出电压来设定一导通时间阈值；以及导通时间控制单元，用于输出一控制信号以控制辅助开关的导通，在辅助开关的导通时间达到该导通时间阈值时关断辅助开关。本公开能够实现反激变换器的初级侧开关管在不同输出电压下的零电压开通。

Description

控制装置及控制方法
技术领域
本公开涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种应用于反激变换器的控制装置及控制方法。
背景技术
目前，准谐振反激变换器是应用于小功率开关电源的最流行的电路拓扑结构。准谐振反激变换器在低压输入(Vbus<nVo，其中：Vbus为输入电压；n为变压器初次级侧线圈匝数比；Vo为输出电压)时可以实现初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)，在高压输入(Vbus>nVo)时可以实现初级侧功率开关管的谷底开通，因而可以显著减小开关损耗。然而，随着高频化发展，尽管准谐振反激变换器在高压输入时可以实现谷底开通，但开通损耗还是变得越来越大，严重影响变换器的效率。为了解决准谐振反激变换器在高压输入时不能完全实现初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)这个问题，现有技术方案提出了次级侧同步整流管延迟导通等新控制方法，以及有源钳位反激变换器等新电路拓扑结构。
然而，现有技术方案仅适用于输出电压恒定的情况，在变输出电压的应用情况下无法保证所有工作条件下均能实现初级侧功率开关管的零电压开通。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种控制装置及控制方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供了一种控制装置，应用于反激变换器，所述反激变换器包含一辅助开关，所述控制装置包括：
导通时间设定单元，用于根据一激磁负电流基准值和所述反激变换器的输出电压来设定一导通时间阈值；以及
导通时间控制单元，用于输出一控制信号以控制所述辅助开关的导通，在所述辅助开关的导通时间达到所述导通时间阈值时关断所述辅助开关。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器为RCD钳位反激变换器或有源钳位反激变换器。
在本公开的一种示例性实施例中，所述辅助开关为同步整流管、钳位管、并联在所述反激变换器的次级侧整流单元上的开关、或串联于所述反激变换器的辅助绕组的开关。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导通时间控制单元用以根据一计时起始信号输出所述控制信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器的工作模式为断续模式或临界连续模式。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导通时间控制单元包括一计时器和一辅助开关控制器，
所述计时器接收一计时起始信号，并根据所述计时起始信号启动所述计时器进行计时，产生一计时信号；
所述辅助开关控制器接收所述计时信号，并根据所述计时信号产生所述控制信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述辅助开关控制器根据所述计时起始信号导通所述辅助开关。
在本公开的一种示例性实施例中，于所述计时信号大于或等于所述导通时间阈值时，所述辅助开关控制器关断所述辅助开关。
在本公开的一种示例性实施例中，所述计时器还根据一复位信号对所述计时器进行复位。
在本公开的一种示例性实施例中，在断续模式下，通过检测所述辅助开关的开通信号得到所述计时起始信号；在临界连续模式下，通过检测所述反激变换器中的激磁负电流的过零点得到所述计时起始信号。
在本公开的一种示例性实施例中，通过电流互感器、取样电阻或者所述辅助开关的自身内阻来检测所述激磁负电流的过零点。
在本公开的一种示例性实施例中，通过检测所述辅助开关的关断信号得到所述复位信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导通时间设定单元包括：
激磁负电流设定单元，用于产生所述激磁负电流基准值；
导通时间计算单元，用于根据所述激磁负电流基准值和所述反激变换器的所述输出电压计算得到所述导通时间阈值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激磁负电流设定单元用于基于所述反激变换器的输入电压设定所述激磁负电流基准值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激磁负电流设定单元用于基于所述反激变换器的输入电压和所述反激变换器的输出电压设定所述激磁负电流基准值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器的输出电压可变。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器的输出电压为5V、9V、15V或20V。
根据本公开的一个方面，提供了一种开关电源，包括根据上述任意一项所述的控制装置。
根据本公开的一个方面，提供一种控制方法，应用于反激变换器，所述反激变换器包含一辅助开关，所述控制方法包括：
(a)检测所述反激变换器的输出电压，并基于所述输出电压和一激磁负电流基准值来设定一导通时间阈值；
(b)根据一控制信号以控制所述辅助开关的导通，在所述辅助开关的导通时间达到所述导通时间阈值时关断所述辅助开关。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器为RCD钳位反激变换器或有源钳位反激变换器。
在本公开的一种示例性实施例中，所述辅助开关为同步整流管、钳位管、并联在所述反激变换器的次级侧整流单元上的开关、或串联于所述反激变换器的辅助绕组的开关。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(b)包含：根据一计时起始信号输出所述控制信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器的工作模式为断续模式或临界连续模式。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(b)包括：根据一计时起始信号启动计时器进行计时，产生一计时信号；根据所述计时信号产生所述控制信号。
在本公开的一种示例性实施例中，根据所述计时起始信号导通所述辅助开关。
在本公开的一种示例性实施例中，于所述计时信号大于或等于所述导通时间阈值时，关断所述辅助开关。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(b)还包含：根据一复位信号对所述计时器进行复位。
在本公开的一种示例性实施例中，在断续模式下，通过检测所述辅助开关的开通信号得到所述计时起始信号；以及在临界连续模式下，通过检测所述反激变换器中的激磁负电流的过零点得到所述计时起始信号。
在本公开的一种示例性实施例中，通过电流互感器、取样电阻或者所述辅助开关的自身内阻来检测所述激磁负电流的过零点。
在本公开的一种示例性实施例中，通过检测所述辅助开关的关断信号得到所述复位信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(a)包括：通过除法运算，基于所述输出电压和所述激磁负电流基准值计算获得所述导通时间阈值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述控制方法还包含：(c)于所述辅助开关关断后，通过所述反激变换器中的激磁电感与寄生电容的谐振来实现所述反激变换器的初级侧功率开关管的零电压开通。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(a)还包括：基于所述反激变换器的输入电压设定所述激磁负电流基准值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(a)还包括：基于所述反激变换器的输入电压的最大值设定所述激磁负电流基准值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤(a)还包括：基于所述反激变换器的输入电压和所述反激变换器的输出电压设定所述激磁负电流基准值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器的输出电压可变。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反激变换器的输出电压为5V、9V、15V或20V。
根据本公开的示例实施例的控制装置及控制方法，根据激磁负电流基准值和反激变换器的输出电压设定导通时间阈值，输出控制信号以控制辅助开关的导通，在辅助开关的导通时间达到该导通时间阈值时关断辅助开关。一方面，通过激磁负电流基准值和实时监测到的反激变换器的输出电压，可以实时地设定不同电压状态下的导通时间阈值；另一方面，根据导通时间阈值实时调节辅助开关的导通时间，用以使辅助开关的导通时间跟随该导通时间阈值，由此可实现反激变换器中初级侧功率开关管在不同输出电压下的零电压开通。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
图1示意性示出了一种技术方案中的有源钳位反激变换器的电路图。
图2示意性示出了一种技术方案中的有源钳位反激变换器的断续模式控制波形图。
图3示意性示出了一种技术方案中的RCD钳位反激变换器的电路图。
图4示意性示出了一种技术方案中的RCD钳位反激变换器的临界连续模式控制波形图。
图5示意性示出了另一种技术方案中的RCD钳位反激变换器的电路图。
图6示意性示出了根据本公开一示例性实施例的控制装置的控制原理框图。
图7示意性示出了根据本公开另一示例性实施例的控制装置的控制原理框图。
图8示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的导通时间控制单元的电路图。
图9示意性示出了根据本公开再一示例性实施例的RCD钳位反激变换器的断续模式控制波形图。
图10示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的有源钳位反激变换器的临界连续模式控制波形图。
图11示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的RCD钳位反激变换器的导通时间控制法的一个具体实施例。
图12示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的有源钳位反激变换器的导通时间控制法的一个具体实施例。
图13示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的RCD钳位反激变换器的激磁负电流基准值随输入电压变化的设定方法的一个具体实施例。
图14示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的有源钳位反激变换器的激磁负电流基准值随输入电压变化的设定方法的一个具体实施例。
图15示意性示出了根据本公开又一示例性实施例的控制方法的流程图。
附图标记说明：
S1：初级侧功率开关管
S2：钳位管
SR：同步整流管
Is：次级侧电流
t0-t5：时刻
Lm：激磁电感
Vo：输出电压
CEQ：寄生电容
Im_n(t)：激磁负电流的幅值
Saux：并联于二极管D1的开关
Waux：辅助绕组
Saux_VCC：串联于辅助绕组的开关
600、1100、1200、1400、1500：控制装置
610、1110、1210、1410、1510：反激变换器
620：导通时间设定单元
630、1130、1230、1430、1530：导通时间控制单元
640、1140、1240、1440、1540：激磁负电流设定单元
650、1150、1250、1450、1550：导通时间计算单元
1480、1580：输入电压检测单元
810：计时器
820：辅助开关控制器
Im_N：激磁负电流基准值
tset：导通时间阈值
T：变压器
Co：输出电容
Vbus：输入电压
R1：第一电阻
R2：第二电阻
(a)、(b)、(c)：步骤
具体实施方式
体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是，本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，这些变化皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上当作对这些变化进行说明，而非用于限制本公开。
图1示出了一种技术方案中的有源钳位反激变换器的电路图。有源钳位反激变换器可以实现初级侧功率开关管S1的零电压开通(ZVS)，现有的控制方法为：控制钳位管S2仅在初级侧功率开关管S1导通前导通一设定时间，该设定时间如图2所示的控制波形图中的t2-t3。
图3示出了一种技术方案中的RCD钳位反激变换器的电路图。RCD钳位反激变换器通过延迟导通准谐振反激变换器的次级侧同步整流管SR来实现初级侧功率开关管S1的零电压开通(ZVS)，现有的次级侧同步整流管SR的延迟导通控制方法为：控制同步整流管SR在次级侧电流Is降到零之后继续导通设定时间，该设定时间如图4所示的控制波形图中的t1-t2。
以上两种实现初级侧功率开关管S1的零电压开通(ZVS)的方法，都是通过控制同步整流管SR或钳位管S2开通设定时间来实现的，这对于固定输出电压的应用情形是适用的。
然而，随着电源适配器的发展，尤其是USB-PD Type-C的推广和普及，变输出电压的应用变得越来越流行。对于变输出电压的应用情形，上述控制方式将不再适用，这是因为：无论是RCD钳位反激变换器，还是有源钳位反激变换器，其实现初级侧功率开关管零电压开通(ZVS)的基本原理如下：在初级侧功率开关管S1开通之前，使得变压器的激磁电感Lm上产生一激磁负电流Im_n，通过该激磁负电流Im_n的帮助以实现初级侧功率开关管S1的零电压开通(ZVS)，且激磁负电流的大小由如下公式决定：
其中：Lm是变压器的激磁电感值，n是变压器的匝数比，Vo是变换器的输出电压值，Im_n(t)是激磁负电流的幅值，t是辅助开关的导通时间(对于准谐振反激变换器的同步整流管来说指的是次级侧电流Is降到零之后的导通时间，对于有源钳位反激变换器的钳位管来说指的是初级侧功率开关管导通前的导通时间)。
由上述公式可以看出，对于一个固定的设计，激磁电感值Lm和匝数比n是固定的。如果输出电压Vo是固定的，由公式(1)可知，固定的导通时间t意味着固定的激磁负电流幅值，因此，通过控制同步整流管SR或钳位管S2开通一设定时间t，对于固定输出电压的应用情形是适用的。如果输出电压是可变的，固定的导通时间意味着激磁负电流幅值会随输出电压Vo的变化而改变。以USB-PD Type-C的应用为例，其最小输出电压为5V，最大输出电压为20V，如果采用固定导通时间的控制方法，会造成以下两个结果中的一个：
A：如果设定的导通时间恰好可以满足输出电压为5V时的初级侧功率开关管零电压开通(ZVS)的条件，那么当输出电压为20V时，产生的激磁负电流幅值将是输出电压为5V时的激磁负电流幅值的4倍。过大的激磁负电流会引入额外损耗，影响变换器的效率。
B：如果设定的导通时间恰好可以满足输出电压为20V时的初级侧功率开关管零电压开通(ZVS)的条件，那么当输出电压为5V时，产生的激磁负电流幅值将只有输出电压为20V时的1/4，过小的激磁负电流幅值会造成初级侧功率开关管不能实现零电压开通。
基于上述内容，在本示例实施例中，首先提供了一种控制装置，参照图6所示，该控制装置600用于控制反激变换器610，其中反激变换器610包含一辅助开关。如图6所示，该控制装置600可以包括：导通时间设定单元620，以及导通时间控制单元630。其中：
导通时间设定单元620用于根据激磁负电流基准值和输出电压Vo设定导通时间阈值tset；以及
导通时间控制单元630用于输出控制信号以控制辅助开关的导通，在辅助开关的导通时间达到导通时间阈值tset时关断辅助开关。例如，控制信号可根据计时起始信号和导通时间阈值tset而得到。
根据本示例实施例的控制装置，一方面，通过一激磁负电流基准值和实时监测到的反激变换器电路的输出电压，可以实时地设定不同电压状态下的导通时间阈值；另一方面，根据导通时间阈值实时调节辅助开关的导通时间，用以使辅助开关的导通时间跟随导通时间阈值，由此可实现反激变换器中初级侧功率开关管在不同输出电压下的零电压开通。
在本示例实施例中，反激变换器还包括初级侧开关单元、次级侧整流单元、变压器和输出电容，其中，初级侧开关单元包含初级侧功率开关管，次级侧整流单元包括第一端与第二端，第一端和第二端分别与变压器和输出电容电气连接。为适用变输出电压的应用情形，实现全输入电压范围内(例如90～264Vac)，不同输出电压下的全负载范围内的初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)，需要直接控制辅助开关的导通时间。根据以下公式(2)：
由上述公式(2)可知，对于一个设定的激磁负电流基准Im_N，导通时间阈值tset和输出电压Vo呈反比关系。根据不同的输出电压来调整辅助开关的导通时间阈值，进而调整辅助开关的导通时间，即可达到控制激磁负电流的目的。因此，本公开的基本原理在于：在初级侧功率开关管开通之前，通过控制辅助开关的开通和关断，使得反激变换器中产生一激磁负电流。首先，控制辅助开关的导通，使得辅助开关的导通时间达到导通时间阈值tset。然后，控制辅助开关关断，于辅助开关断开后，以此时的激磁负电流为初始值，通过激磁电感Lm与原边线路的寄生电容CEQ的谐振来实现初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)。本公开中通过合理设置辅助开关的导通时间阈值，可在全输入电压范围、不同输出电压的全负载范围内实现初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)。在本实施例中，寄生电容CEQ由初级侧功率开关管S1的寄生电容和变压器T的初级侧线圈的寄生电容构成。
需要说明的是，在本示例实施例中，反激变换器610的输出电压可变，例如反激变换器610的输出电压可以为5V、9V、15V或20V等，本公开对此不进行特殊限定。
此外，在本示例实施例中，反激变换器610可以为如图1所示的有源钳位反激变换器或如图3和图5所示的RCD钳位反激变换器，但是本公开的示例实施例中的反激变换器不限于此。对应地，在本示例实施例中，反激变换器610的辅助开关可以为如图1所示的钳位管S2或如图3所示的同步整流管的SR，但是本公开的示例实施例中的辅助开关不限于此。例如，图5所示的副边为二极管整流的RCD钳位反激变换器，其辅助开关可以为并联于二极管D1的开关Saux，或其辅助开关可以为串联于辅助绕组Waux的开关Saux_VCC。
需要说明的是，在本示例实施例中，反激变换器的工作模式可以为断续模式或临界连续模式，本公开对此不进行特殊限定。
进一步地，如图7所示，在本示例实施例中，为了合理地设定激磁负电流基准值和导通时间阈值，导通时间设定单元620还可以包括：激磁负电流设定单元640以及导通时间计算单元650。激磁负电流设定单元640用于基于反激变换器的输入电压或/和输出电压设定激磁负电流基准值Im_N。导通时间计算单元650用于根据激磁负电流基准值Im_N和反激变换器的输出电压Vo来设定导通时间阈值tset。
于一实施例中，导通时间计算单元可包含乘法或除法电路，但不以此为限。该乘法或除法电路接收激磁负电流基准值Im_N和反激变换器的输出电压Vo，并根据电路本身的参数，如激磁电感值Lm以及变压器的匝数比n，经过公式(2)的计算来设定导通时间阈值tset。
在本示例实施例中，导通时间控制单元630的实现可以有多种方式。图8示出了根据本公开的导通时间控制单元630的一种实施例。如图8所示，该导通时间控制单元包含计时器810和辅助开关控制器820，其中，计时器810用于根据计时起始信号开始计时，并产生计时信号。辅助开关控制器820用以根据计时信号产生控制信号。
在本示例实施例中，辅助开关控制器820根据计时起始信号以导通辅助开关；计时信号于计时器810开始计时后，逐渐增加，且于计时达到导通时间阈值tset时，辅助开关控制器820关断辅助开关。
在本示例实施例中，对于断续工作模式来说，计时器810的计时起始信号可以通过辅助开关的开通信号来获得。如图2所示，在t2时刻S2驱动信号的上升沿跳变信号为辅助开关的开通信号；或者，如图9所示，在t2时刻的SR驱动信号的上升沿跳变信号为辅助开关的开通信号，可以通过检测上升沿跳变信号来得到计时起始信号。需要说明的是，计时起始信号可以和这个上升沿跳变信号同步，也可以是由上升沿跳变信号做一定延迟得到。
进一步地，在本示例实施例中，对于临界连续模式来说，计时器的计时起始信号可通过检测激磁负电流的过零点(如图4的t1时刻)来获得。具体而言，可以通过电流互感器，取样电阻或者功率器件内阻如辅助开关的自身内阻来实现激磁负电流过零点的检测。
于一实施例中，计时器810还根据复位信号来实现复位。进一步地，在本示例实施例中，计时器的复位信号可以通过辅助开关的关断信号来获得，举例而言，计时器的复位信号可以和辅助开关的关断信号同步，或者由关断信号做一定延迟得到。如图2所示，t3时刻S2驱动信号的下降沿跳变信号为辅助开关的关断信号；如图9所示，t3时刻的SR驱动信号的下降沿跳变信号为辅助开关的关断信号；或如图10所示，t2时刻S2驱动信号的下降沿跳变信号为辅助开关的关断信号，可以通过检测下降沿跳变信号来得到复位信号。需要说明的是，复位信号可以和这个下降沿跳变信号同步，也可以是由下降沿跳变信号做一定延迟得到。
在本示例实施例中，采用控制辅助开关的导通时间的方式来控制激磁负电流，对不同的反激变换器有多种不同的方法，下面针对断续模式下的RCD钳位反激变换器和断续模式下的有源钳位反激变换器分别进行举例说明。
图11示出了一种控制装置的一个具体实施例。如图11所示，控制装置1100用于控制反激变换器1110，其中控制装置1100包括：导通时间控制单元1130、激磁负电流设定单元1140和导通时间计算单元1150。反激变换器1110为RCD钳位反激变换器，包含初级侧开关单元、次级侧整流单元、变压器T和输出电容Co，其中，初级侧开关单元包含初级侧功率开关管S1，次级侧整流单元包含同步整流管SR，且次级侧整流单元分别与变压器T和输出电容Co电气连接。
在该实施例中，导通时间计算单元1150根据实时监测的输出电压信号Vo和激磁负电流设定单元1140输出的激磁负电流基准值Im_N，得到导通时间阈值tset，并将导通时间阈值tset输送到导通时间控制单元1130；控制装置1100通过同步整流管SR的第二次导通开通信号(如图9中t2时刻的SR驱动信号)获得计时起始信号；导通时间控制单元1130获取导通时间阈值tset和计时起始信号，用于输出控制信号以导通同步整流管SR，且于辅助开关的导通时间达到导通时间阈值tset时关断同步整流管SR。同时,导通时间控制单元1130根据同步整流管SR的关断信号产生的复位信号来实现复位。
图12示出了一种控制装置的另一个具体实施例。如图12所示，控制装置1200用于控制反激变换器1210，控制装置1200包括：导通时间控制单元1230、激磁负电流设定单元1240和导通时间计算单元1250。反激变换器1210为有源钳位反激变换器，包含初级侧开关单元、次级侧整流单元、变压器T和输出电容Co，其中，初级侧开关单元包含初级侧功率开关管S1和钳位管S2，次级侧整流单元包含同步整流管SR，且次级侧整流单元分别与变压器T和输出电容Co电气连接。
在实施例中，导通时间计算单元1250根据实时监测的输出电压信号Vo和激磁负电流设定单元1240输出的激磁负电流基准值Im_N，得到导通时间阈值tset，并将导通时间阈值tset输送到导通时间控制单元1230；控制装置1200由钳位管S2的开通信号来获得计时起始信号。
导通时间控制单元1230获取计时起始信号和导通时间阈值tset，用于输出控制信号以导通钳位管S2，且于辅助开关的导通时间达到导通时间阈值tset时关断钳位管S2。同时，导通时间控制单元1230根据钳位管S2的关断信号产生复位信号以实现复位。
此外，于本公开的各示例实施例中，均包含激磁负电流设定单元，用于设定激磁负电流基准值Im_N。针对激磁负电流基准值的设定，经研究可知：在低压输入(Vbus<nVo)时，无需激磁负电流的帮助，即可实现初级侧功率管的零电压开通(ZVS)；在高压输入(Vbus>nVo)时，为了实现初级侧功率管的零电压开通(ZVS)，激磁负电流的最小幅值需满足：
其中：Im_N为激磁负电流基准值，Vbus为输入电压，VO为输出电压，n为变压器的匝数比；Lm为激磁电感感量；CEQ为寄生电容容值。
根据上述公式(3)，对于一个特定电路设计来说，n、Lm以及CEQ是固定的，为了实现初级侧功率管的零电压开通(ZVS)，激磁负电流的基准值与输入电压Vbus和输出电压VO有关。由此，激磁负电流设定单元可基于反激变换器的输入电压和输出电压实时调整激磁负电流基准值。
然而，采用上述方法，为了实时调整激磁负电流基准值Im_N，需要实时监控两个变量：输入电压Vbus和输出电压VO，如此做法会增加控制的复杂性。进一步研究可知：反激变换器于高压输入(Vbus>nVo)的情况下工作时，可忽略输出电压对于激磁负电流的基准值的影响，即激磁负电流的基准值仅仅与输入电压有关，从而大大简化了激磁负电流基准值的设定。则，上述公式(3)可简化为下述公式(4)：
由此，激磁负电流设定单元可基于反激变换器的输入电压设定激磁负电流基准值。
于本实施例中，对于激磁负电流基准值的设定，可以有如下两种设定方法：
固定基准值设定法：为实现全输入电压范围内初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)，激磁负电流的基准值按最大输入电压进行设定，即：
其中：Vbus_max为输入电压最大值。
对固定基准值设定法来说，当输入电压为最大值时，恰好可以满足初级侧功率开关管的零电压开通(ZVS)；但当输入电压为低电压时，该控制方法所产生的激磁负电流幅值比为实现初级侧功率管零电压开通(ZVS)所需的激磁负电流的幅值大，由此会带来额外的损耗，不利于效率优化。在对效率要求不是很高的应用场合可以采用固定基准值设定法。
对效率要求比较高的应用场合，可以采用基准值随输入电压变化的设定方法来对变换器的效率进行优化。因此，可以将激磁负电流基准值设定为：
其中：Im_N(Vbus)为激磁负电流基准值。
对于一个特定的电路设计，激磁电感值Lm和寄生电容值CEQ是固定的，由上述公式(6)可知，激磁负电流基准值与输入电压Vbus成正比，激磁负电流设定单元可根据输入电压检测单元检测出的输入电压值Vbus，直接计算出为激磁负电流基准值Im_N。
图13示出了一种控制装置的再一个具体实施例。如图13与图11的结构类似，但图13还包含激磁负电流设定单元的一具体实例。于图13所示，控制装置还包含输入电压检测单元1480，于本实施例中，输入电压检测单元1480包含第一电阻R1和第二电阻R2，并通过第一电阻R1和第二电阻R2分压的方式来检测输入电压Vbus。输入电压检测单元1480将输入电压Vbus输入到激磁负电流设定单元1440用以设定激磁负电流基准值Im_N，将激磁负电流基准值Im_N输送到导通时间计算单元1450，导通时间计算单元1450根据激磁负电流基准值Im_N和实时监测的输出电压Vo来计算导通时间阈值tset,将导通时间阈值tset输入到导通时间控制单元1430；通过同步整流管的二次导通开通信号(图9，t2时刻的SR驱动信号)获得计时起始信号，以使能导通时间控制单元1430；导通时间控制单元1430获取导通时间阈值tset和计时起始信号，用于输出控制信号以导通同步整流管SR，且于辅助开关的导通时间达到导通时间阈值tset时关断同步整流管SR。同时，导通时间控制单元1430根据同步整流管SR的关断信号产生的复位信号来实现复位。
图14示出了一种控制装置的再一个具体实施例。图14与图12的结构类似，主要区别是在于，图14中的辅助开关为有源钳位反激变换器的初级侧的钳位管S2。
此外，在本示例实施例中，还提供了一种控制方法，该控制方法可以应用于如图6-图14的反激变换器，该反激变换器包含一辅助开关，参照图15所示，该控制方法可以包括以下步骤：步骤(a)：检测反激变换器的输出电压，并基于输出电压和激磁负电流基准值来设定导通时间阈值；步骤(b)：根据控制信号以控制辅助开关的导通，在辅助开关的导通时间达到导通时间阈值时关断辅助开关。
一方面，通过一激磁负电流基准值和实时监测到的反激变换器的输出电压，可以实时地设定不同电压状态下的导通时间阈值；另一方面，根据导通时间阈值实时调节辅助开关的导通时间，用以使辅助开关的导通时间跟随导通时间阈值，由此可实现反激变换器中初级侧功率开关管在不同输出电压下的零电压开通。
进一步地，在本示例实施例中，辅助开关可以为同步整流管、钳位管、并联在反激变换器的次级侧整流单元上的开关、或串联于反激变换器的辅助绕组的开关。
进一步地，在本示例实施例中，在断续模式下，可以通过检测辅助开关的开通信号得到计时起始信号；以及在临界连续模式下，可以通过检测激磁负电流的过零点得到计时起始信号。
此外，在本示例中，步骤(a)还可以包括：通过除法运算，基于输出电压和激磁负电流基准值计算获得导通时间阈值。
此外，在本示例实施例中，控制方法还可以包含：(c)于辅助开关关断后，通过反激变换器中的激磁电感与寄生电容的谐振来实现反激变换器的初级侧功率开关管的零电压开通。
由于本示例实施例中的控制方法中的各步骤与上述控制装置的各单元或模块的功能一一对应，在此将不再赘述。
进一步地，本公开的另一较佳实施例提供了一种开关电源，该开关电源可以包括前述实施例中任一种控制装置。由于此较佳实施例中的开关电源采用了上述控制装置，因此至少具有与所述控制装置相应的全部优点。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (37)

1.一种控制装置，应用于反激变换器，所述反激变换器包含一辅助开关，其特征在于，所述控制装置包括：
导通时间设定单元，用于根据一激磁负电流基准值和所述反激变换器的输出电压来设定一导通时间阈值；以及
导通时间控制单元，用于输出一控制信号以控制所述辅助开关的导通，在所述辅助开关的导通时间达到所述导通时间阈值时关断所述辅助开关。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述反激变换器为RCD钳位反激变换器或有源钳位反激变换器。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述辅助开关为同步整流管、钳位管、并联在所述反激变换器的次级侧整流单元上的开关、或串联于所述反激变换器的辅助绕组的开关。
4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述导通时间控制单元用以根据一计时起始信号输出所述控制信号。
5.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述反激变换器的工作模式为断续模式或临界连续模式。
6.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述导通时间控制单元包括一计时器和一辅助开关控制器，
所述计时器接收一计时起始信号，并根据所述计时起始信号启动所述计时器进行计时，产生一计时信号；
所述辅助开关控制器接收所述计时信号，并根据所述计时信号产生所述控制信号。
7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述辅助开关控制器根据所述计时起始信号导通所述辅助开关。
8.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，于所述计时信号大于或等于所述导通时间阈值时，所述辅助开关控制器关断所述辅助开关。
9.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述计时器还根据一复位信号对所述计时器进行复位。
10.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，在断续模式下，通过检测所述辅助开关的开通信号得到所述计时起始信号；在临界连续模式下，通过检测所述反激变换器中的激磁负电流的过零点得到所述计时起始信号。
11.如权利要求10所述的控制装置，其特征在于，通过电流互感器、取样电阻或者所述辅助开关的自身内阻来检测所述激磁负电流的过零点。
12.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，通过检测所述辅助开关的关断信号得到所述复位信号。
13.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述导通时间设定单元包括：
激磁负电流设定单元，用于产生所述激磁负电流基准值；
导通时间计算单元，用于根据所述激磁负电流基准值和所述反激变换器的所述输出电压计算得到所述导通时间阈值。
14.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述激磁负电流设定单元用于基于所述反激变换器的输入电压设定所述激磁负电流基准值。
15.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述激磁负电流设定单元用于基于所述反激变换器的输入电压和所述反激变换器的输出电压设定所述激磁负电流基准值。
16.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述反激变换器的输出电压可变。
17.如权利要求16所述的控制装置，其特征在于，所述反激变换器的输出电压为5V、9V、15V或20V。
18.一种开关电源，其特征在于，包括根据权利要求1至17中任一所述的控制装置。
19.一种控制方法，应用于反激变换器，所述反激变换器包含一辅助开关，其特征在于，所述控制方法包括：
(a)检测所述反激变换器的输出电压，并基于所述输出电压和一激磁负电流基准值来设定一导通时间阈值；
(b)根据一控制信号以控制所述辅助开关的导通，在所述辅助开关的导通时间达到所述导通时间阈值时关断所述辅助开关。
20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述反激变换器为RCD钳位反激变换器或有源钳位反激变换器。
21.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述辅助开关为同步整流管、钳位管、并联在所述反激变换器的次级侧整流单元上的开关、或串联于所述反激变换器的辅助绕组的开关。
22.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)包含：根据一计时起始信号输出所述控制信号。
23.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述反激变换器的工作模式为断续模式或临界连续模式。
24.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：根据一计时起始信号启动计时器进行计时，产生一计时信号；根据所述计时信号产生所述控制信号。
25.如权利要求24所述的控制方法，其特征在于，根据所述计时起始信号导通所述辅助开关。
26.如权利要求24所述的控制方法，其特征在于，于所述计时信号大于或等于所述导通时间阈值时，关断所述辅助开关。
27.如权利要求24所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)还包含：根据一复位信号对所述计时器进行复位。
28.如权利要求24所述的控制方法，其特征在于，在断续模式下，通过检测所述辅助开关的开通信号得到所述计时起始信号；以及在临界连续模式下，通过检测所述反激变换器中的激磁负电流的过零点得到所述计时起始信号。
29.如权利要求28所述的控制方法，其特征在于，通过电流互感器、取样电阻或者所述辅助开关的自身内阻来检测所述激磁负电流的过零点。
30.如权利要求27所述的控制方法，其特征在于，通过检测所述辅助开关的关断信号得到所述复位信号。
31.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(a)包括：通过除法运算，基于所述输出电压和所述激磁负电流基准值计算获得所述导通时间阈值。
32.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包含：(c)于所述辅助开关关断后，通过所述反激变换器中的激磁电感与寄生电容的谐振来实现所述反激变换器的初级侧功率开关管的零电压开通。
33.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(a)还包括：基于所述反激变换器的输入电压设定所述激磁负电流基准值。
34.如权利要求33所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(a)还包括：基于所述反激变换器的输入电压的最大值设定所述激磁负电流基准值。
35.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(a)还包括：基于所述反激变换器的输入电压和所述反激变换器的输出电压设定所述激磁负电流基准值。
36.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述反激变换器的输出电压可变。
37.如权利要求36所述的控制方法，其特征在于，所述反激变换器的输出电压为5V、9V、15V或20V。
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