CN109450256B - 一种准谐振电源控制器 - Google Patents

一种准谐振电源控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN109450256B
CN109450256B CN201811464322.6A CN201811464322A CN109450256B CN 109450256 B CN109450256 B CN 109450256B CN 201811464322 A CN201811464322 A CN 201811464322A CN 109450256 B CN109450256 B CN 109450256B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mosfet
secondary side
voltage
turned
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811464322.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109450256A (zh
Inventor
方倩
孙运
吕华伟
方烈义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Original Assignee
On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by On Bright Electronics Shanghai Co Ltd filed Critical On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Priority to CN201811464322.6A priority Critical patent/CN109450256B/zh
Priority to TW108105181A priority patent/TWI699957B/zh
Publication of CN109450256A publication Critical patent/CN109450256A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109450256B publication Critical patent/CN109450256B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本公开涉及一种准谐振电源控制器。提供了一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，其中原边MOSFET并联有第一电容器，当电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。

Description

一种准谐振电源控制器
技术领域
本公开涉及集成电路领域，更具体的，本公开提供了一种带同步整流的ZVS(ZeroVoltage Switch，零电压开关)准谐振电源控制器的实现方法。
背景技术
副边同步整流芯片无需检测原边导通的谷底电压就可以在不同输入电压条件下都实现原边MOSFET的零电压导通，从而避免导通瞬间的开关损耗，大大提高电源的效率。实现零电压导通后，在不影响系统效率的前提下反激电源的开关频率可以提高至200kHz甚至更高，工作频率提升后可以减小变压器的磁芯尺寸，从而减小电源尺寸。
图1是示出了典型的反激式同步整流准谐振开关电源的图示。其中，左侧虚框内表示原边的内部控制结构，右侧虚框内表示副边的内部控制结构。
输出电压分压后通过TL431以及光耦产生FB电压决定控制信号gate的关断时刻，当原边MOSFET关断后副边开始退磁，此时导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，退磁结束后变压器的原边电感L1与开关寄生电容C1之间发生串联谐振，当电容C1上电压谐振到最低值即开关两端压降谐振到谷底电压时导通MOSFET，这样可以使开关的导通损耗降到最低，有效提高反激式开关电源的效率。
图2是示出了图1准谐振开关电源的工作波形的图示。原边开关的导通电压为Vin-N*Vo(N表示变压器匝比，Vo表示输出电压)，此导通电压会随着Vin的升高而变大，导通损耗也随之变大，由于准谐振电源本身高压下的开关频率就比低压高出很多，谷底导通电压也会很高导致输入高压下开关损耗过大，对效率的负面影响较大。
由于传统反激式准谐振开关电源随着输入电压升高、工作频率升高开关损耗随之升高的问题，目前有方案可以加入谐振实现零电压导通大大减小开关损耗。
图3是示出了典型零电压导通工作波形的图示。当原边gate导通时，输入电压对原边电感L1充电。当原边gate关断后，导通副边开关管，副边电感退磁，当副边电流Is退磁结束后，副边开关再延时Td关断，在这段时间内，输出电压对副边电感反向充电到一定程度，副边开关关断后，副边的负向电流耦合到原边增大了原边电感与原边MOS寄生电容的谐振能量，让MOS寄生电容上的电压Vds能够谐振的更低甚至到0V导通。但是，随着输入电压的变化，Vds谐振到0V需要的Td时间不同，固定的Td无法实现不同输入电压下的零电压导通。
至少为了解决无法在全电压的条件下都实现零电压导通，本发明提出一种简单的实现方式，让不同输入电压下Vds都能谐振到0V左右导通，将原边MOS的开关损耗减到最低。
附图说明
图1是示出了典型的反激式同步整流准谐振开关电源的图示。
图2是示出了图1准谐振开关电源的工作波形的图示。
图3是示出了典型零电压开通工作波形的图示。
图4a示出了根据本公开的实施例的实现零电压导通的工作波形的图示。
图4b示出了如图4a所示的不同工作阶段对应的等效电路。
图5示出了根据本公开的实施例的带同步整流的零电压开通准谐振开关电源原理图。
图6示出了根据图5的准谐振开关电源的副边关键点工作波形的图示。
图7示出了本根据本公开的实施例的能实现ZVS的同步整流控制器的一种实现方式。
图8示出了根据图7的实现方式的表示各关键点工作波形的图示。
发明内容
本公开提出的一种带同步整流的ZVS准谐振电源控制器的实现方法。仅作为示例，本公开的一些实施例被应用到开关电源。但是，将认识到，本公开有更广泛的适用范围。
根据本公开的实施例，提供了一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，其中原边MOSFET并联有第一电容器，当电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。
具体实施方式
图4a示出了根据本公开的实施例的实现零电压导通的工作波形的图示。如图4a所示，一个工作周期可以分成五个工作阶段。各阶段工作分析如下：
t0～t1:t0时刻原边开关导通，输入电压Vin给变压器原边电感Lp充电，直至t1时刻原边gate关断。
t1～t2:原边gate关断后，变压器副边电感Ls对输出Vo放电，至t2时刻放电结束，副边电流Is为零。
t2～t3:变压器副边电感Ls对输出放电结束后，由于副边开关仍处于导通状态，输出Vo会对变压器负边电感Ls反向充电至I1。
t3～t4:t3时刻副边开关关断，副边反向电流感应到变压器原边，方向如图4(b)箭头所示，感应电流大小等于I1/N，此时原边开关两端电压Vds＝Vin+N*Vo。副边开关关断后，原边电感Lp与原边开关寄生电容Cds发生串联谐振，由于开关寄生电容Cds两端电压Vds高于输入电压Vin，因此Cds会对原边电感Lp放电，Cds两端电压减小，原边电流Iin增大，直至t4时刻，Vds电压减小到等于输入电压Vin，电感电流谐振到反向最大，此时电感中储存的能量为Ls·I12+Cds(N·Vo)2。
t4～t5:t4时刻开始，原边电感Lp放电，开关寄生电容Cds反向充电即Vds继续减小，直至t5时刻，电感电流减小到零，开关寄生电容两端电压Vds谐振至最低值，根据能量守恒，若要Vds谐振至0V，则需要满足如下等式
Ls·I1 2+Cds(N·Vo)2≥Cds·Vin2
因此推导出实现零电压导通需要的副边反向电流条件为
Figure BDA0001889336730000041
图4b示出了如图4a所示的不同工作阶段对应的等效电路。
在系统参数固定的条件下，实现原边开关零电压导通所需要的副边反向电流I1大小只与输入电压Vin有关，且实现条件I1≈aVin-b，a、b数值与变压器感量、匝比及原边开关寄生电容大小有关。因此，可以通过检测输入电压调整副边反向电流的大小以实现原边开关的零电压导通。
图5示出了根据本公开的实施例的带同步整流的零电压开通准谐振开关电源原理图。如图所示，原边的控制结构维持不变，副边通过Vsns检测输入电压Vin来设置副边开关关断时的反向阈值Vth(Vth＝I1·Rdson)，Rdson表示副边开关导通电压。
图6示出了根据图5的准谐振开关电源的副边关键点工作波形的图示。当原边开关导通时，副边开关drain端电压Vsns＝Vin/N-Vo,其中输出电压Vo和变压器匝比N是固定的，即此电压只与输入电压有关，因此通过副边开关关断时刻采样Vsns电压能得到输入电压Vin，再根据不同的系统参数设定Vth与输入电压的关系，即可在不同输入电压下实现原边开关的零电压导通。
图7示出了本根据本公开的实施例的能实现ZVS的同步整流控制器的一种实现方式。
图8示出了根据图7的实现方式的表示各关键点工作波形的图示。在原边开关导通时即副边开关关断时，Vsns＝Vin/N+Vo。
根据图7的内部结构，得到此段时间内
Figure BDA0001889336730000042
因此，用图8所示的sample信号采样得到与输入电压Vin相关的副边
Figure BDA0001889336730000043
开关关断阈值Vth。得到副边开关关断时的反向电流表达式如下
R4电阻大小内部固定，Rdson为副边开关导通阻抗，R1、R2、R3为外部调节电阻。根据零电压导通所需要的副边反向电流条件：
只需根据变压器匝比N、副边感量Ls及原边开关寄生电容大小调整外部电阻R1、R2、R3的大小即可在不同输入电压下都实现零电压导通。
Figure BDA0001889336730000051
根据本公开的实施例，ZVS实现电路只需在原先的同步整流内部控制电路基础上加入很简单的内部控制及采样电路，然后外加三个调节电阻即可在不同系统不同输入电压下实现零电压导通，大幅度提高反激电源的效率。
根据本公开的实施例的准谐振电源控制器，可用于控制各种准谐振开关电源的系统，包括反激式变换器在内的各种拓扑。外部电路简单，只需根据不同系统参数调整外部电阻即可实现零电压导通。同时全输入电压范围内实现零电压导通，使系统效率达到最高。
根据一个示例，提供了一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，其中原边MOSFET并联有第一电容器，当电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。
本公开可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本公开的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而不是限定性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本公开的范围之中。
本公开各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地是利用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件和/或软件与硬件组件的一种或多种组合来实现的。在另一示例中，本公开各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地在一个或多个电路中实现，例如在一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路中实现。在又一示例中，本公开的各个实施例和/或示例可以相组合。
虽然已描述了本公开的具体实施例，然而本领域技术人员将明白，还存在于所述实施例等同的其它实施例。因此，将明白，本公开不受所示具体实施例的限制，而是仅由权利要求的范围来限定。

Claims (4)

1.一种准谐振电源控制器，包括：
原边控制模块，被配置为控制原边MOSFET的栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断所述副边MOSFET，其中所述原边MOSFET并联有第一电容器，当所述电容器上电压谐振到最低值时导通原边MOSFET；以及
副边控制模块；其中所述副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边MOSFET关断时的反向阈值，
其中所述控制和采样电路设置副边MOSFET关断时的反向阈值如下：
Vth＝I1·Rdson
其中Vth表示副边MOSFET关断时的反向阈值，Rdson表示副边MOSFET导通阻抗，I1表示实现原边MOSFET零电压导通所需要的副边反向电流，
其中，在系统参数固定的条件下，所述I1的大小只与所述输入电压有关。
2.如权利要求1所述的准谐振电源控制器，其中所述副边控制模块还包括一个或多个调节电阻器，所述一个或多个调节电阻器与所述控制和采样电路连接。
3.如权利要求1所述的准谐振电源控制器，其中所述控制和采样电路通过检测副边MOSFET的drain端电压Vsns来检测所述输入电压，
Vsns＝Vin/N-Vo
其中Vin表示输入电压，并且输出电压Vo和变压器匝比N是固定的。
4.如权利要求2所述的准谐振电源控制器，其中所述一个或多个调节电阻器的电阻值根据变压器匝比N、副边变压器绕组感量Ls及原边MOSFET并联的第一电容器的电容值确定。
CN201811464322.6A 2018-12-03 2018-12-03 一种准谐振电源控制器 Active CN109450256B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811464322.6A CN109450256B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 一种准谐振电源控制器
TW108105181A TWI699957B (zh) 2018-12-03 2019-02-15 一種準諧振電源控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811464322.6A CN109450256B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 一种准谐振电源控制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109450256A CN109450256A (zh) 2019-03-08
CN109450256B true CN109450256B (zh) 2020-12-01

Family

ID=65554776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811464322.6A Active CN109450256B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 一种准谐振电源控制器

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109450256B (zh)
TW (1) TWI699957B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112688570B (zh) * 2020-12-25 2022-04-15 昂宝电子（上海）有限公司 反激式开关电源及其控制方法
CN115208204B (zh) * 2022-07-21 2023-09-22 深圳宝砾微电子有限公司 反激式转换器及其控制方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195492B (zh) * 2011-05-24 2014-04-16 成都芯源系统有限公司 同步整流开关电源及其控制电路和控制方法
CN104393763B (zh) * 2014-12-04 2017-05-03 昂宝电子（上海）有限公司 用于调节电源变换系统的系统和方法
CN102723856B (zh) * 2012-07-02 2014-06-25 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种同步整流控制电路以及应用其的开关电源
US9287792B2 (en) * 2012-08-13 2016-03-15 Flextronics Ap, Llc Control method to reduce switching loss on MOSFET
US9374011B2 (en) * 2013-01-22 2016-06-21 Power Integrations, Inc. Secondary controller for use in synchronous flyback converter
CN104065275B (zh) * 2014-06-16 2018-06-12 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 零电压开关的准谐振控制电路及控制方法及反激式变换器
US9742288B2 (en) * 2014-10-21 2017-08-22 Power Integrations, Inc. Output-side controller with switching request at relaxation ring extremum
US9621058B2 (en) * 2015-01-20 2017-04-11 Infineon Technologies Austria Ag Reducing switching losses associated with a synchronous rectification MOSFET
US9906151B2 (en) * 2015-08-25 2018-02-27 Dialog Semiconductor Inc. Minimum off-time adaptive to timing fault conditions for synchronous rectifier control
CN106160709B (zh) * 2016-07-29 2019-08-13 昂宝电子（上海）有限公司 减少功率变换系统中的开关损耗的系统和方法
US9899931B1 (en) * 2016-10-25 2018-02-20 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Zero voltage switching flyback converter for primary switch turn-off transitions
CN108075664B (zh) * 2016-11-07 2020-06-26 台达电子工业股份有限公司 变换器与其控制方法
US10079548B2 (en) * 2017-01-23 2018-09-18 Dialog Semiconductor Inc. Synchronous rectifier control with adaptive minimum off-time
CN106817031B (zh) * 2017-02-24 2019-05-28 昂宝电子（上海）有限公司 具有对于同步整流控制器的定时控制的系统和方法
CN107896062B (zh) * 2017-10-27 2019-09-20 浙江大学 一种基于反激变换器的软开关变换装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW202023171A (zh) 2020-06-16
CN109450256A (zh) 2019-03-08
TWI699957B (zh) 2020-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10116222B2 (en) Soft switching flyback converter with primary control
Lin et al. Analysis and implementation of full-bridge converter with current doubler rectifier
TW201822449A (zh) 用於返馳變換器電路之控制方法及控制裝置
WO2013037309A1 (en) Adaptive dead time control apparatus and method for switching power converters
CN210120487U (zh) 钳位电路和反激变换器
JP5641368B2 (ja) スイッチング電源装置
CN113794378B (zh) 变换装置
CN112067886A (zh) 一种开关电源装置的电流检测电路
CN111656661B (zh) 恒频dc / dc功率转换器
Chu et al. Analysis and design of a current-fed zero-voltage-switching and zero-current-switching CL-resonant push–pull dc–dc converter
TWI650927B (zh) 用於主開關切換轉換的零電壓開關式返馳變換器
CN109450256B (zh) 一种准谐振电源控制器
CN111628654B (zh) 一种开关电源电路
WO2022062565A1 (zh) 一种多模态软开关变换器及其控制方法
CN113708634A (zh) 一种反激变换器的控制方法及控制装置
CN115378266A (zh) 适用于宽范围输出电压的变换器及其控制方法
CN112564498A (zh) 一种应用于电力产品的反激电路零电压开通控制方法
Delshad et al. A new cascaded high step-up DC-DC converter
Cong et al. A 110–250V 2MHz isolated DC-DC converter with integrated high-speed synchronous three-level gate drive
CN114679071A (zh) 非对称半桥反激式开关电源及其控制芯片和控制方法
Lei et al. Optimum dead-time control method of phase-shifted converter to extend the ZVS range
CN217824740U (zh) 带辅助绕组的反激零电压软开关电路
US11929682B2 (en) ZVS assist snubber for switching converter
Chen et al. An overview of soft-switching technique for flyback converters
CN113992018B (zh) 准谐振开关电源及其控制芯片和控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant