CN110601540A - 有源钳位反激电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源钳位反激电路及其控制方法，包括反激电路、钳位电路及钳位控制电路，反激电路包括变压器、主开关管、续流二极管或同步整流管，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压，钳位电路包括第一电容和第一开关管，第一电容和第一开关管串联，第一电容的一端和输入的高电压端相连，第一开关管的一端与主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连；当有源钳位反激电路工作在断续导通模式时，钳位控制电路从第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，钳位控制电路通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。

Description

有源钳位反激电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种有源钳位反激电路及其控制方法。
背景技术
请参考图1所示，示意了反激有源钳位电路，有源钳位反激电路是在反激电路中加入钳位电路及钳位控制电路，钳位电路包括第一电容和第一开关管，第一电容和所述第一开关管串联，所述第一电容的一端和输入的高电压端相连，所述第一开关管的一端与所述主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连。当主开关管由导通到关断时，漏极的瞬间尖峰和高次谐波通过电容耦合到电源上，达到主开关管漏极电压Vdssw钳位的目的，从而降低主功率开关管的关断损耗，提高系统效率。
当系统工作于断续导通模式(DCM)时，第一开关管提前关断，主开关管漏极电压Vdssw可能会出现电压掉落又恢复的情况，从而导致能量损耗，降低了系统效率；延迟关断会导致振荡加剧，或该周期能量传输不足，影响系统效率甚至不能正常工作。因此如何控制第一开关管在变压器原边电流到零时关断，是工作在断续导通模式下反激有源钳位电路中亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有源钳位反激电路及其控制方法，用以解决现有技术中第一开关管提前或者延迟关断，导致主开关管漏极电压出现电压掉落或者下凹，从而导致能量损耗，降低了系统效率的问题。
本发明提供一种有源钳位反激电路，包括反激电路、钳位电路及钳位控制电路，所述反激电路包括变压器、主开关管、续流二极管或同步整流管，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压；所述钳位电路包括第一电容和第一开关管，所述第一电容和所述第一开关管串联，所述第一电容的一端和输入的高电压端相连，所述第一开关管的一端与所述主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连；
当所述有源钳位反激电路工作在断续导通模式时，所述钳位控制电路从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，所述钳位控制电路通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使得下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。
作为可选，所述第一阈值为四分之一的振荡周期，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)产生振荡，从而产生所述振荡周期。
作为可选，所述钳位控制电路包括第一电阻，通过所述第一电阻来设置所述第一阈值，所述第一电阻上电压表征所述振荡周期。
作为可选，所述钳位控制电路包括比较电路，所述比较电路比较所述反馈电压和第一电压阈值，所述第一电压阈值为零电压或者接近零电压。
作为可选，所述钳位控制电路包括计时电路，所述计时电路从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间。
作为可选，当所述反馈电压振荡到谷底或者到谷底附近时，所述主开关管导通。
本发明还提供一种有源钳位反激电路的控制方法，包括反激电路、钳位电路及钳位控制电路，所述反激电路包括变压器、主开关管、续流二极管或同步整流管，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压；所述钳位电路包括第一电容和第一开关管，所述第一电容和所述第一开关管串联，所述第一电容的一端和输入的高电压端相连，所述第一开关管的一端与所述主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连；
从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使得下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。
作为可选，所述第一阈值为四分之一的振荡周期，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)产生振荡，从而产生所述振荡周期。
作为可选，通过第一电阻来设置所述第一阈值，所述第一电阻上电压表征所述振荡周期。
作为可选，当所述反馈电压振荡到谷底或者到谷底附近时，所述主开关管导通。
采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：通过从第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，调整计时时间接近1/4振荡周期，使得第一开关管的关断时刻接近变压器原边电流过零点，减少因第一开关管提前关断或延迟关断引起的额外损耗，提高系统效率。
附图说明
图1为有源钳位反激电路的电路原理图；
图2为本发明一实施例的有源钳位反激电路的电路原理图；
图3为有源钳位反激电路的第一开关管在第一时间大于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压、反馈电压FB、第一开关管驱动电压GSA和主开关管驱动电压GSW的波形；
图4为有源钳位反激电路的第一开关管在第一时间小于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压、反馈电压FB、第一开关管驱动电压GSA和主开关管驱动电压GSW的波形；
图5为有源钳位反激电路的第一开关管在第一时间等于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压、反馈电压FB、第一开关管驱动电压GSA和主开关管驱动电压GSW的波形；
图6为钳位控制电路的一个实施例的实现框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2所示，本发明提供一种有源钳位反激电路，包括反激电路、钳位电路100及钳位控制电路200，所述反激电路包括变压器T1、主开关管M1、续流二极管或同步整流管D1，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压FB，所述输出反馈电路连接到所述钳位控制电路200；所述钳位电路包括第一电容CSA和第一开关管MSA，所述第一电容CSA和所述第一开关管MSA串联，所述第一电容CSA的一端和输入的高电压端Vin相连，所述第一开关管MSA的一端与所述主开关管M1和变压器的原边绕组的公共端相连；
当所述有源钳位反激电路工作在断续导通模式时，所述钳位控制电路从所述第一开关管MSA关断开始计时，到反馈电压FB从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，所述钳位控制电路200通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使得下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。
需要说明的是，在图1中，Lm为变压器的等效励磁电感，Lk为原边的漏感，Cp为变压器T1原边的寄生电容；Cdssw为主开关管M1的漏源寄生电容，Cdssa为第一开关管MSA的漏源寄生电容。辅助绕组通过分压电阻RFB1和RFB2进行分压，得到反馈电压VFB。在其他实施例中，可以通过其他分压方式得到反馈电压。图1中是采用续流二极管D1，在其他实施例中，也可以使用同步整流管进行续流。
在一个实施例中，所述第一阈值为四分之一的振荡周期，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)产生振荡，从而产生所述振荡周期。
请参考图3所示，为有源钳位反激电路的第一开关管在第一时间大于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压、反馈电压FB、第一开关管驱动电压GSA和主开关管驱动电压GSW的波形；当第一开关管在第一时间大于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压Vdssw在第一开关关断的时候会有掉落，造成能量的损失，从而降低了系统效率。需要注意的是，反馈电压VFB可能会在上述电压掉落的时候过零，导致第一时间误判断。为了防止第一时间误判断，在第一开关管关断需要屏蔽一段时间，使电压掉落恢复，再判断反馈电压VFB是否由正变负。
请参考图4所示，为有源钳位反激电路的第一开关管在第一时间小于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压、反馈电压FB、第一开关管驱动电压GSA和主开关管驱动电压GSW的波形；当第一开关管在第一时间小于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压Vdssw在第一开关关断的时候也会有掉落，造成能量的损失，从而降低了系统效率。
请参考图5所示，为有源钳位反激电路的第一开关管在第一时间等于1/4振荡周期时关断，主开关管DS电压、反馈电压FB、第一开关管驱动电压GSA和主开关管驱动电压GSW的波形；此时，主开关管DS电压Vdssw在第一开关关断的时候没有电压掉落，从而没有因为掉落引起的能量损失。
在一个实施例中，所述钳位控制电路包括第一电阻，通过第一电阻来设置所述第一阈值，所述第一电阻上电压表征所述振荡周期。当变压器、第一开关管、主开关管定了之后，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)振荡所产生的振荡周期也是定的。因此以一定的电流源流过第一电阻，通过调节第一电阻，使得第一电阻上的电压随着变压器、第一开关管和主开关管而改变，从而可以表征该振荡周期。
在一个实施例中，请参考图6所示，为钳位控制电路的一个实施例的框图，所述钳位控制电路包括比较电路210、计时电路220、逻辑电路230和驱动电路240，所述比较电路比较所述反馈电压VFB和第一电压阈值，所述第一电压阈值为零电压或者接近零电压；计时电路接收逻辑电路输出的第一开关管的关断时刻，从第一开关管关断开始计时，计时电路接收比较电路的输出电压，到反馈电压VFB从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间。逻辑电路230接收计时电路的输出电压，也就是第一时间，并将第一时间和第一阈值进行比较，当第一时间大于第一阈值，则延迟下一个开关周期第一开关管的关断时刻，当第一时间小于第一阈值，则提前下一个开关周期第一开关管的关断时刻。驱动电路240接收逻辑电路230的第一开关管的导通和关断信号，将该信号进行放大，输出第一开关管驱动电压GSA。
在一个实施例中，当所述反馈电压VFB振荡到谷底或者到谷底附近时，所述主开关管导通，从而降低主开关管的导通损耗。
本发明还提供一种有源钳位反激电路的控制方法，包括反激电路、钳位电路及钳位控制电路，所述反激电路包括变压器、主开关管、续流二极管或同步整流管，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压，所述输出反馈电路连接到所述钳位控制电路；所述钳位电路包括第一电容和第一开关管，所述第一电容和所述第一开关管串联，所述第一电容的一端和输入的高电压端相连，所述第一开关管的一端与所述主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连；
从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使得下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。
作为可选，所述第一阈值为四分之一的振荡周期，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)产生振荡，从而产生所述振荡周期。
作为可选，通过第一电阻来设置所述第一阈值，所述第一电阻上电压表征所述振荡周期。
作为可选，当所述反馈电压振荡到谷底或者到谷底附近时，所述主开关管导通。
除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有源钳位反激电路，包括反激电路、钳位电路及钳位控制电路，所述反激电路包括变压器、主开关管、续流二极管或同步整流管，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压；所述钳位电路包括第一电容和第一开关管，所述第一电容和所述第一开关管串联，所述第一电容的一端和输入的高电压端相连，所述第一开关管的一端与所述主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连；
当所述有源钳位反激电路工作在断续导通模式时，所述钳位控制电路从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，所述钳位控制电路通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使得下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。
2.根据权利要求1所述的有源钳位反激电路，其特征在于：所述第一阈值为四分之一的振荡周期，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)产生振荡，从而产生所述振荡周期。
3.根据权利要求2所述的有源钳位反激电路，其特征在于：所述钳位控制电路包括第一电阻，通过所述第一电阻来设置所述第一阈值，所述第一电阻上电压表征所述振荡周期。
4.根据权利要求1所述的有源钳位反激电路，其特征在于：所述钳位控制电路包括比较电路，所述比较电路比较所述反馈电压和第一电压阈值，所述第一电压阈值为零电压或者接近零电压。
5.根据权利要求1所述的有源钳位反激电路，其特征在于：所述钳位控制电路包括计时电路，所述计时电路从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间。
6.根据权利要求1所述的有源钳位反激电路，其特征在于：当所述反馈电压振荡到谷底或者到谷底附近时，所述主开关管导通。
7.一种有源钳位反激电路的控制方法，包括反激电路、钳位电路及钳位控制电路，所述反激电路包括变压器、主开关管、续流二极管或同步整流管，输出反馈电路连接到变压器的辅助绕组，并通过分压输出反馈电压；所述钳位电路包括第一电容和第一开关管，所述第一电容和所述第一开关管串联，所述第一电容的一端和输入的高电压端相连，所述第一开关管的一端与所述主开关管和变压器的原边绕组的公共端相连；
从所述第一开关管关断开始计时，到反馈电压从正电压降低到零电压计时结束，计时时间为第一时间，通过调整第一开关管下一开关周期的关断时刻，使得下一开关周期的第一时间和第一阈值接近。
8.根据权利要求7所述的有源钳位反激电路的控制方法，其特征在于：所述第一阈值为四分之一的振荡周期，变压器的励磁电感和漏感之和(Lm+Lk)与第一开关管的漏源寄生电容和主开关管的漏源寄生电容之和(Cdssa+Cdssw)产生振荡，从而产生所述振荡周期。
9.根据权利要求8所述的有源钳位反激电路的控制方法，其特征在于：通过第一电阻来设置所述第一阈值，所述第一电阻上电压表征所述振荡周期。
10.根据权利要求7所述的有源钳位反激电路的控制方法，其特征在于：当所述反馈电压振荡到谷底或者到谷底附近时，所述主开关管导通。
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