CN110677013B - 反激变换器的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反激变换器的控制方法及装置，反激变换器具有主开关管、变压器及辅助开关管，控制方法包括以下步骤：获取第一电压信号和第二电压信号，其中第一电压信号代表反激变换器的输入电压，第二电压信号代表反激变换器的输出电压；导通所述辅助开关管，其中辅助开关的导通时间至少根据第一电压信号和第二电压信号确定；开通所述主开关管，其中，于辅助开关管断开后，延迟一死区时间，再开通主开关管。

Description

反激变换器的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及用于反激变换器的控制方法及控制装置，尤其涉及一种适用于 变输出电压应用的的反激变换器的控制方法及装置。
背景技术
反激变换器因线路简单，是未来电源适配器高频化、小型化首选的拓扑结 构，但主开关管的开通损耗限制了其开关频率的提高。现有的做法中可通过实 现反激变换器的主开关管的零电压开通(ZVS)来消除主开关管的开通损耗。 零电压开通(ZVS)可以通过在主开关管导通前持续开通一段时间的辅助开关 管来实现，其中该辅助开关管可以是有源钳位的钳位管，也可以是串接在辅助 绕组上的开关。
现有的控制方案中，辅助开关管的开通时间以及辅助开关管与主开关管间 的死区时间两者分别为恒定时间。然而此种方案不适合变输出电压的应用场 合，不能满足未来USB PD的应用场景。因此，为了实现效率的优化设计， 辅助开关管的开通时间以及死区时间需随着输入电压，输出电压的变化而改 变，但这大大增加控制的复杂度。并且，随着设计频率的升高，死区时间相对 变得越来越小，控制器的传输延迟以及参数容差成为可变死区时间控制策略的 巨大障碍。为解决以上问题，我们需要一种反激变换器的控制方法及装置，可 兼顾效率以及简化控制策略。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种反激变换 器的控制方法，其中，所述反激变换器具有主开关管、变压器及辅助开关管， 所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：获取第一电压信号和第二电压信号，其中所述第一电压信号代表 所述反激变换器的输入电压，所述第二电压信号代表所述反激变换器的输出电 压；
步骤2：导通所述辅助开关管，其中所述辅助开关的导通时间至少根据所 述第一电压信号和所述第二电压信号确定；
步骤3：开通所述主开关管，其中，于所述辅助开关管断开后，延迟一死 区时间，再开通所述主开关管。
上述的控制方法，其中，所述步骤2包括以下步骤：
步骤21：产生第三控制信号，并根据所述第三控制信号开通所述辅助开 关管；
步骤22：根据所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述第三控制信 号产生第一控制信号；和
步骤23：根据所述第一控制信号关断所述辅助开关管。
上述的控制方法，其中，所述步骤22包括以下步骤：
在所述辅助开关管被导通持续所述导通时间后，产生所述第一控制信号。
上述的控制方法，其中，所述步骤3包括以下步骤：
步骤31：根据所述第一控制信号以及所述死区时间输出第二控制信号， 并根据所述第二控制信号在零电压开通条件下开通所述主开关管，其中所述死 区时间为恒定时间。
上述的控制方法，其中，所述辅助开关管为所述反激变换器的有源钳位管， 所述有源钳位管连接于所述变压器的原边绕组。
上述的控制方法，其中，所述反激变换器的变压器还包含辅助绕组，所述 辅助开关管串联于所述辅助绕组。
上述的控制方法，其中，所述反激变换器还包含同步整流开关管，所述辅 助开关管为所述同步整流开关管。
上述的控制方法，其中，于所述步骤1中采集所述反激变换器的输入端及 输出端的电压分别获得所述第一电压信号及所述第二电压信号。
上述的控制方法，其中，于所述步骤1中采集所述变压器的辅助绕组的负 向电压获得所述第一电压信号，采集所述辅助绕组的正向电压获得所述第二电 压信号。
上述的控制方法，其中，于所述步骤1中采集所述同步整流开关管于关断 状态下的端电压获取第一电压信号。
上述的控制方法，其中，所述步骤22进一步包括以下步骤：
根据所述第二电压信号按比例系数输出电流信号；
在通过所述第三控制信号使一第一电容进入充电状态之后，使用所述电流 信号对所述第一电容充电；
比较一参考电压与所述第一电容的电压，其中，所述参考电压代表所述第 一电压信号；和
当所述第一电容的电压与所述参考电压相同时，输出所述第一控制信号并 停止所述第一电容的所述充电状态；
其中所述导通时间是所述第一电容的充电时间。
上述的控制方法，其中，在产生所述第一控制信号后，延迟所述死区时间 再产生所述第二控制信号，并根据所述第二控制信号开通所述主开关管。
上述的控制方法，其中，所述步骤21进一步包括以下步骤：
根据所述第三控制信号输出具有第一电平或第一跳变沿的第一驱动信号， 并根据具有所述第一电平或第一跳变沿的的所述第一驱动信号开通所述辅助 开关管。
上述的控制方法，其中，所述步骤23进一步包括以下步骤：
根据所述第一控制信号输出具有第二电平或第二跳变沿的所述第一驱动 信号，并根据具有所述第二电平或第二跳变沿的所述第一驱动信号关断所述辅 助开关管。
上述的控制方法，其中，所述主开关管的第一端电性连接所述变压器的激 磁电感，所述主开关管的第二端接地，根据以下公式获得所述比例系数：
Figure BDA0002103619380000031
其中，C为所述第一电容的电容值，K为所述比例系数，Ceq为所述主开 关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为激磁电感的电感值，n为所 述变压器的匝数比。
上述的控制方法，其中，根据以下公式获得所述导通时间：
Figure BDA0002103619380000032
其中，ton为所述导通时间，Vbus为所述第一电压信号的电压，Vo为所述 第二电压信号的电压，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电 容值，Lm为所述变压器的激磁电感的电感值，n为所述变压器的匝数比。
上述的控制方法，其中，根据以下公式获得所述死区时间：
Figure BDA0002103619380000041
其中，tdelay为所述死区时间，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄 生电容的电容值，Lm为所述激磁电感的电感值。
本发明还提供一种反激变换器的控制装置，其特征在于，所述反激变换器 具有主开关管、变压器及辅助开关管，所述控制装置包括：
采样装置，经配置以获取第一电压信号和第二电压信号，其中所述第一电 压信号代表所述反激变换器的输入电压，所述第二电压信号代表所述反激变换 器的输出电压；
第一操作装置，经配置以导通所述辅助开关管，其中所述辅助开关的导通 时间至少根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定；
第二操作装置，经配置以开通所述主开关管，其中，于所述辅助开关管断 开后，延迟一死区时间，再开通所述主开关管。
上述的控制装置，其中，所述第一操作装置包含：
信号单元，经配置以输出第三控制信号，其中所述第三控制信号用于开通 所述辅助开关管；
计时器，用于接收第一电压信号、第二电压信号和所述第三控制信号，并 向所述控制器输出一第一控制信号，其中，所述第一控制信号用于关断所述辅 助开关管。
上述的控制装置，其中，在所述辅助开关管被导通持续所述导通时间之后 产生所述第一控制信号。
上述的控制装置，其中，所述第二操作装置包括：
死区时间控制单元，经配置以接受所述第一控制信号，并根据所述第一控 制信号和一死区时间输出第二控制信号，其中所述第二控制信号用于在零电压 开通条件下开通所述主开关管，所述死区时间为恒定时间。
上述的控制装置，其中，所述辅助开关管为所述反激变换器的有源钳位管， 所述有源钳位管连接于所述变压器的原边绕组。
上述的控制装置，其中，所述反激变换器的变压器还包含辅助绕组，所述 辅助开关管串联于所述辅助绕组。
上述的控制装置，其中，所述反激变换器还包含同步整流开关管，所述辅 助开关管为所述同步整流开关管。
上述的控制装置，其中，所述采样装置采集所述反激变换器的输入端及输 出端的电压分别获得所述第一电压信号及所述第二电压信号。
上述的控制装置，其中，所述采样装置采集所述变压器的辅助绕组的负向 电压获得所述第一电压信号，采集所述辅助绕组的正向电压获得所述第二电压 信号。
上述的控制装置，其中，所述采样装置采集所述同步整流开关管于关断状 态下的端电压获得所述第一电压信号。
上述的控制装置，其中，所述计时器包括：
电流信号输出模块，根据所述第二电压信号按比例系数输出电流信号；
第一电容，其第一端电性连接于所述电流信号输出模块，所述第一电容的 第二端接地；
第一控制开关，并联连接于所述第一电容，并经配置以通过所述第三控制 信号以控制所述第一电容进入充电状态；
比较模块，所述比较模块的第一输入端电性连接于所述第一电容的第一 端，所述比较模块的第二输入端用于接收一参考电压，所述参考电压对应于所 述第一电压信号，所述比较模块经配置以比较所述参考电压与所述第一电容的 电压；
其中所述比较模块经配置以当所述第一电容的电压与所述参考电压相同 时输出所述第一控制信号并停止所述第一电容的所述充电状态；
其中所述导通时间是所述第一电容的充电时间。
上述的控制装置，其中，所述死区时间控制单元包括：
死区时间获得模块，经配置以获得所述死区时间；
第二控制信号输出模块，电性连接于所述死区时间获得模块，并经配置以 接收所述第一控制信号和所述死区时间，并输出所述第二控制信号；
其中在产生所述第一控制信号后，延迟所述死区时间再产生所述第二控制 信号，以根据所述第二控制信号开通所述主开关管。
上述的控制装置，其中，所述控制装置还包括：
驱动器，经配置以接收所述第三控制信号和所述第一控制信号，并输出所 述第一驱动信号，其中，根据所述第三控制信号产生具有所述第一电平或第一 跳变沿的所述第一驱动信号以开通所述辅助开关管，且根据所述第一控制信号 产生具有所述第二电平或第二跳变沿的所述第一驱动信号以关断所述辅助开 关管。
上述的控制装置，其中，所述主开关管的第一端电性连接所述变压器的激 磁电感，所述主开关管的第二端接地，根据以下公式获得所述比例系数：
Figure BDA0002103619380000061
其中，C为所述第一电容的电容值，K为所述比例系数，Ceq为所述主开 关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为激磁电感的电感值，n为所 述变压器的匝数比。
上述的控制装置，其中，根据以下公式获得所述导通时间：
Figure BDA0002103619380000062
其中，ton为所述导通时间，Vbus为所述第一电压信号的电压，Vo为所述 第二电压信号的电压，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电 容值，Lm为所述变压器的激磁电感的电感值，n为所述变压器的匝数比。
上述的控制装置，其中，根据以下公式获得所述死区时间：
Figure BDA0002103619380000063
其中，tdelay为所述死区时间，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄 生电容的电容值，Lm为所述激磁电感的电感值。
针对于现有技术本发明的功效在于：通过设定辅助开关管的导通时间，以 实现反激变换器的固定的死区时间设定，同时实现在全输入电压范围内(例如90～264Vac)，不同输出电压下的全负载范围内主开关管的零电压开通(ZVS) 和效率的优化设计。
附图说明
图1为本发明应用的反激变换器第一实施方式的电路结构示意图；
图2为本发明用于反激变换器的辅助开关管的控制方法的流程图；
图3a为图2的分步骤流程图；
图3b为图3a的分步骤流程图；
图4为本发明用于反激变换器的控制装置的结构示意图；
图5为图4中计时器的结构示意图；
图6为图4中死区时间控制单元的结构示意图；
图7为本发明反激变换器的一实施方式的波形图；
图8-9为采用本发明的控制方法下反激变换器在不同负载条件下的零电 压开通的谐振状态轨迹图；
图10为本发明应用的反激变换器第二实施方式的电路结构示意图；
图11为本发明应用的反激变换器第三实施方式的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：本实施方式在 以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明 的保护范围不限于下述的实施方式。
以下请参照图1-3，图1为反激变换器的电路结构示意图；图2为本发明 用于反激变换器的控制方法的流程图；图3为图2的分步骤流程图。如图1 所示，反激变换器具有主开关管S1、变压器T及辅助开关管S2。
如图2所示，根据本发明的反激变换器的控制方法包括以下步骤：
步骤S201：获取第一电压信号和第二电压信号，其中第一电压信号代表 反激变换器的输入电压Vbus，第二电压信号代表反激变换器的输出电压Vo；
步骤S202：导通辅助开关管S2，其中辅助开关S2的导通时间ton至少用 于根据第一电压信号和第二电压信号确定；
S203：在零电压开通(ZVS)条件下开通主开关管S1，其中，于辅助开 关管S2断开后，延迟一死区时间tdelay，再开通主开关管S1。在某一实施例中， 死区时间tdelay为恒定值。
在一实施方式中，辅助开关管为反激变换器的有源钳位管，有源钳位管连 接于变压器的原边绕组。
其中，在本实施方式中，于步骤S201中通过采集反激变换器的输入端及 输出端的电压分别直接获得第一电压信号及第二电压信号，但本发明并不以此 为限，在其他实施方式中，还可间接获得第一电压信号及第二电压信号。例如， 如图10-11所示，在步骤S201中，可采集变压器T的辅助绕组T3的负向电压 获得第一电压信号，可采集辅助绕组T3的正向电压获得第二电压信号。也就 是说，本发明并不限制如何获得第一电压信号及第二电压信号，本领域的技术 人员可根据实际需要自行设计。
于另一实施例中，辅助开关管为反激变换器的同步整流开关管。第一电压 信号可通过采样同步整流开关管于关断状态下的端电压。
此外，于一实施例，如图3a所示，在步骤S202中进一步包括：
步骤202-1：产生第三控制信号SI3，并根据第三控制信号SI3开通所述 辅助开关管S2；
步骤202-2：根据第一电压信号、第二电压信号和第三控制信号SI3产生 第一控制信号SI1；和
步骤202-3：根据第一控制信号SI1关断辅助开关管S2。
在一实施例中，步骤S202中更一步包括：根据第三控制信号SI3和第一 控制信号SI1产生第一驱动信号Ssw以开通/关断辅助开关管S2。其中，根据 第三控制信号SI3产生具有第一电平(如高电平)或第一跳变沿(如上升沿) 的第一驱动信号用以开通辅助开关管S2，且根据第一控制信号SI1产生具有 第二电平(如低电平)或第二跳变沿(如下降沿)的第一驱动信号用以关断辅 助开关管S2。
其中，在步骤S202中，在辅助开关管S2导通持续导通时间ton之后输出 第一控制信号SI1。
进一步地，如图3b所示，于步骤202-2中，根据第一电压信号、第二电 压信号和第三控制信号SI3产生第一控制信号SI1还包括：
步骤S202-21：根据第二电压信号Vo按比例系数输出电流信号；
步骤S202-22：通过第三控制信号SI3使第一电容C1进入充电状态，且 使用电流信号对第一电容C1充电；
步骤S202-23：比较参考电压Vref的电压与第一电容C1的电压，其中参 考电压Vref与第一电压信号Vbus相对应，例如但不限于，该参考电压可为第一 电压信号Vbus的采样电压。
步骤S202-24：当第一电容C1的电压与参考电压Vref相同时，输出第一 控制信号SI1并且第一电容C1停止充电状态。其中导通时间ton是第一电容 C1于上述阶段的充电时间。
于一实施例中，在步骤S203中进一步包括：
根据第一控制信号SI1和死区时间tdelay输出第二控制信号SI2，并且根据 第二控制信号在零电压开通(ZVS)条件下开通主开关管S1。在一些实施方 式中，在产生所述第一控制信号后SI1，延迟所述死区时间tdelay再产生所述第 二控制信号SI2。
更进一步地，主开关管S1的第一端电性连接变压器T的激磁电感L1， 主开关管S1的第二端接地，于上述步骤S202-2中根据以下公式获得比例系数：
Figure BDA0002103619380000091
其中，C为第一电容C1的电容值，K为比例系数，Ceq为主开关管S1的 第一端和地之间的寄生电容C2的电容值，Lm为激磁电感L1的电感值，n为 变压器T的匝数比。
于上述步骤S202或S202-2中可根据以下公式获得导通时间ton：
Figure BDA0002103619380000092
其中，ton为辅助开关管的导通时间，Vbus为第一电压信号的电压，Vo为 第二电压信号的电压，Ceq为主开关管S1的第一端和地之间的寄生电容C2的 电容值，Lm为激磁电感L1的电感值，n为变压器T的匝数比。
于所述步骤S203中，可根据以下公式获得死区时间tdelay：
Figure BDA0002103619380000101
其中，tdelay为关断辅助开关管S2和开通主开关管S1之间的死区时间， Ceq为主开关管S1的第一端和地之间的寄生电容C2的电容值，Lm为激磁电感 L1的电感值。
请结合图4-6，图4为本发明用于反激变换器的控制装置的结构示意图； 图5为图4中的计时器的结构示意图；图6为图4中死区时间控制单元的结构 示意图。
如图4所示，本发明用于反激变换器的控制装置包括第一操作装置40 和第二操作装置41。
第一操作装置40，经配置以开通/关断辅助开关管S2，其中辅助开关的导 通时间ton至少用于根据第一电压信号和第二电压信号确定。于此实施例中， 第一电压信号表示反激变换器的输入电压(Vbus)，第二电压信号表示反激变 换器的输出电压(Vo)；
第二操作装置41，经配置以开通主开关管S1，其中，于辅助开关管断开 后，延迟一死区时间tdelay，再开通所述主开关管S1。
参考图4，第一操作装置40包含信号单元401和计时器402。信号单元 401经配置以输出第三控制信号，其中所述第三控制信号用于开通所述辅助开 关管。信号单元401，例如但不限于，可根据反激变换器中激磁电流的过零 点来产生第三控制信号SI3，在此不做进一步展开。
计时器402接收第一电压信号、第二电压信号和第三控制信号SI3，输 出第一控制信号SI1，其中，所述第一控制信号SI1用于关断所述辅助开关管 S2。于一实施例中，在辅助开关管S2被导通持续导通时间ton之后产生所述第 一控制信号SI1。
再次参考图4，第二操作装置41包含死区时间控制单元412。死区时间 控制单元412接收第一控制信号SI1，并根据第一控制信号SI1和死区时间tdelay输出第二控制信号SI2，以在零电压开通条件下开通主开关管S1，死区时间tdelay为恒定时间。于一实施例中，死区时间控制单元412于第一控制信号SI1产生 后，延迟所述死区时间tdelay再产生所述第二控制信号SI2。
于一实施例中，反激变换器的控制装置还包含驱动器42。驱动器42根 据第三控制信号SI3产生具有第一电平(如高电平)或第一跳变沿(如上升沿) 的第一驱动信号Ssw用以开通辅助开关管S2。驱动器42还根据第一控制信号 SI1产生具有第二电平(如低电平)或第二跳变沿(如下降沿)的第一驱动信 号Ssw用以关断辅助开关管S2。在一些实施方式中，驱动器42可以是RS触 发器，但不限于此。
驱动器42还根据第二控制信号SI2输出第二驱动信号Sm，其中第二驱 动信号Sm用于开通辅助开关管S2。
于一实施例中，反激变换器的控制装置还包含采样装置(未示出)。采 样装置，经配置以获取第一电压信号和第二电压信号，其中所述第一电压信号 代表所述反激变换器的输入电压，所述第二电压信号代表所述反激变换器的输 出电压。
其中，在本实施方式中，变压器T包含原边绕组T1及副边绕组T2，辅 助开关管S2为反激变换器的有源钳位管，有源钳位管并联于变压器T的原边 绕组T1。
需要说明的是，在本实施方式中，采样装置通过采集反激变换器的输入端 及输出端的电压分别直接获得第一电压信号及第二电压信号，但本发明并不以 此为限，在其他实施方式中，采样装置还可间接获得第一电压信号及第二电压 信号，例如，采集变压器T的辅助绕组T3(见图10-11)的负向电压获得第一 电压信号，采集辅助绕组T3(见图10-11)的正向电压获得第二电压信号，本 发明并不限制获得第一电压信号及第二电压信号的过程，本领域的技术人员可 根据实际需要自行设计。
进一步地，如图5所示，计时器402包括：电流信号输出模块311、第一 电容C1、第一控制开关K1、比较模块312。第一电容C1的第一端电性连接 于电流信号输出模块311，第一电容C1的第二端接地；第一控制开关K1并 联连接于第一电容C1，并根据第三控制信号SI3实现开通/关断；比较模块312 的第一输入端电性连接于第一电容C1的第一端及电流信号输出模块311，比 较模块312的第二输入端接收参考电压Vref，其中参考电压Vref是与第一电压 信号Vbus相对应的电压。例如，参考电压可以是第一电压信号Vbus的采样电压。
电流信号输出模块311根据第二电压信号Vo(例如，图5中的Vo)按比 例系数输出电流信号，当第一控制开关K1根据第三控制信号SI3而关断时， 第一电容C1进入充电状态，在该充电状态中使用电流信号对第一电容C1进 行充电。
比较模块312比较参考电压Vref与第一电容C1的电压。
当第一电容C1的电压与参考电压Vref相同时，比较模块312在辅助开关 管被导通以持续一段接通时间ton之后输出第一控制信号SI1，以便关断辅助开 关管S2。然后第一电容C1停止充电状态。此时，导通时间ton是第一电容C1 的充电时间。
其中，主开关管S1的第一端电性连接变压器T的激磁电感L1，主开关 管S1的第二端接地，并且用于电流信号输出模块311得而比例系数可根据上 述公式1而获得。
进一步地，在此实施方式中，可根据上述公式2获得导通时间。
图6是示出图4中的死区时间控制单元41的结构示意图。如图6所示， 死区时间控制单元41包括：死区时间获得模块321及第二控制信号输出模块 322；死区时间获得模块获得死区时间tdelay；第二控制信号输出模块322电性 连接于死区时间获得模块321，于第一控制信号SI1产生后，延迟死区时间tdelay后再产生第二控制信号SI2，用以开通主开关管S1。其中，在本实施方式中， 死区时间获得模块321为延时器，但本发明并不以此为限。
在此实施方式中，可根据上述公式3获得死区时间tdelay。
图7为本发明反激变换器的一实施方式的波形图；图8-9为采用本发明 的控制方法下反激变换器在不同负载条件下的零电压开通的谐振状态轨迹图。 请参照图1及图7-9，以下具体说明本发明用于反激变换器的辅助开关管的控 制方法及装置的工作原理。
对于反激变换器来说，为了实现主开关管的零电压开通，需要在主开关 管开通之前，先使辅助开关管导通持续一段时间，以产生激磁负电流。为使得 所产生的激磁电流的幅值恰好可以实现VDS的电压下降到0，辅助开关管S2 的导通时间及相应的死区时间分别需要满足如下公式：
Figure BDA0002103619380000121
Figure BDA0002103619380000131
其中θ为相位角，当Vbus≥nVo时，
Figure BDA0002103619380000132
当Vbus≤nVo时，
Figure BDA0002103619380000133
由上述公式可知，现有技术的辅助开关管S2的导通时间及死区时间都要 根据输入电压和输出电压做时时调整，控制复杂，尤其不适合高频设计。
反观本发明的辅助开关管S2的导通时间可根据公式2获得。参照公式2， 虽然辅助开关管S2的导通时间还是与输入电压和输出电压相关，但变为简单 的比例关系。因此，根据反激电路的电路参数，可以容易地调节辅助开关管 S2的导通时间ton。
此外，根据上述辅助开关管S2的导通时间ton，相应地tdelay为死区时间可 根据上述公式3而获得。
如图7所示，t0-t1为辅助开关管S2的导通时间，t1-t2为死区时间，通 过本发明的辅助开关管的控制方法及装置，在t0时刻，辅助开关管S2开通， 此时输出电压对应的电压nVo施加在变压器T的激磁电感L1上，由此产生激 磁电流Im；t1时刻，辅助开关管S2关断，激磁电感L1和寄生电容Ceq发生 谐振，主开关管S1的源漏极电压VDS电压开始下降，在激磁电流Im的帮助下， 在t2时刻，VDS电压下降为0，此时开通主开关管S1，可以实现零电压开通。
图8-9分别为Vbus大于n*Vo和Vbus小于或等于n*Vo时反激变换器的谐振 状态轨迹图，其中横轴为寄生电容Ceq的电压VCeq，可等同于主开关管S1的 源漏极电压VDS，纵轴为激磁电流Im与特征阻抗Z的乘积。
参照图7以及图8-9，于t0时刻，辅助开关管S2开通，Ceq的电压为 Vbus+nVo，激磁电流Im开始从0负向增加，到t1时刻，激磁电流Im和特征阻 抗Z的乘积达到Vbus，此时关断辅助开关管S2。从t1时刻开始，激磁电感L1 和寄生电容Ceq开始谐振，到t2时刻Ceq的电压等同于电压VDS，此时VDS为0。从t1到t2对应的状态轨迹图，可看出是一段圆弧的轨迹，其中，这段圆弧的弧度为π/2。此外，因为激磁电感L1和寄生电容Ceq的谐振周期为
Figure BDA0002103619380000141
对应状态轨迹图上为一个圆周，因此从t1到t2的时间即死区时 间为1/4谐振周期，也就是
Figure BDA0002103619380000142
再次参照图8和图9，图中横轴上的三个圆点沿横轴方向以此代表轻度负 载、中度负载以及重度负载，进一步看出，在前述三种负载的情况下，也可以 保证从t1到t2的时间即死区时间为1/4谐振周期，也就是
Figure BDA0002103619380000143
需要说明的是，本实施方式中仅以图1所述的有源钳位反激变换器为例进 行说明，辅助开关管为反激变换器的有源钳位管，但实际并不限于此。本案的 控制方法和控制装置亦可应用于其他结构的反激变换器，例如但不限于，如图 10和图11所示，反激变换器还包含辅助绕组T3，辅助开关管S2和辅助电容 Caux，辅助开关管S2、辅助电容Caux和辅助绕组T3串联连接，其中，反激 变换器的控制方法与控制装置的原理及工作方式与前述实施方式相同，因此在 此就不再赘述了。
综上所述，本发明通过设定辅助开关管的导通时间，以实现反激变换器的 固定的死区时间设定，同时实现在全输入电压范围内(例如90～264Vac)，不 同输出电压下的全负载范围内主开关管的零电压开通(ZVS)和效率的优化设 计。
需要说明的是：以上实施方式仅仅用以说明本发明，而并非限制本发明所 描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施方式对本发明进行了详细 的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改 或等同替换；因此，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均 应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (31)

1.一种反激变换器的控制方法，其特征在于，所述反激变换器具有主开关管、变压器及辅助开关管，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：获取第一电压信号和第二电压信号，其中所述第一电压信号代表所述反激变换器的输入电压，所述第二电压信号代表所述反激变换器的输出电压；
步骤2：导通所述辅助开关管，其中所述辅助开关管的导通时间至少根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定；
步骤3：开通所述主开关管，其中，于所述辅助开关管断开后，延迟一死区时间，再开通所述主开关管；其中
所述步骤2包括以下步骤：
步骤21：产生第三控制信号，并根据所述第三控制信号开通所述辅助开关管；
步骤22：根据所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述第三控制信号产生第一控制信号；和
步骤23：根据所述第一控制信号关断所述辅助开关管。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤22包括以下步骤：
在所述辅助开关管被导通持续所述导通时间后，产生所述第一控制信号。
3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤3包括以下步骤：
步骤31：根据所述第一控制信号以及所述死区时间输出第二控制信号，并根据所述第二控制信号在零电压开通条件下开通所述主开关管，其中所述死区时间为恒定时间。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述辅助开关管为所述反激变换器的有源钳位管，所述有源钳位管连接于所述变压器的原边绕组。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述反激变换器的变压器还包含辅助绕组，所述辅助开关管串联于所述辅助绕组。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述反激变换器还包含同步整流开关管，所述辅助开关管为所述同步整流开关管。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤1中采集所述反激变换器的输入端及输出端的电压分别获得所述第一电压信号及所述第二电压信号。
8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤1中采集所述变压器的辅助绕组的负向电压获得所述第一电压信号，采集所述辅助绕组的正向电压获得所述第二电压信号。
9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤1中采集所述同步整流开关管于关断状态下的端电压获取第一电压信号。
10.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤22进一步包括以下步骤：
根据所述第二电压信号按比例系数输出电流信号；
在通过所述第三控制信号使一第一电容进入充电状态之后，使用所述电流信号对所述第一电容充电；
比较一参考电压与所述第一电容的电压，其中，所述参考电压代表所述第一电压信号；和
当所述第一电容的电压与所述参考电压相同时，输出所述第一控制信号并停止所述第一电容的所述充电状态；
其中所述导通时间是所述第一电容的充电时间。
11.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在产生所述第一控制信号后，延迟所述死区时间再产生所述第二控制信号，并根据所述第二控制信号开通所述主开关管。
12.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤21进一步包括以下步骤：
根据所述第三控制信号输出具有第一电平或第一跳变沿的第一驱动信号，并根据具有所述第一电平或第一跳变沿的的所述第一驱动信号开通所述辅助开关管。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述步骤23进一步包括以下步骤：
根据所述第一控制信号输出具有第二电平或第二跳变沿的所述第一驱动信号，并根据具有所述第二电平或第二跳变沿的所述第一驱动信号关断所述辅助开关管。
14.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述主开关管的第一端电性连接所述变压器的激磁电感，所述主开关管的第二端接地，根据以下公式获得所述比例系数：
Figure FDA0002886013130000031
其中，C为所述第一电容的电容值，K为所述比例系数，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为激磁电感的电感值，n为所述变压器的匝数比。
15.如权利要求1-13中任一项所述的控制方法，其特征在于，根据以下公式获得所述导通时间：
Figure FDA0002886013130000032
其中，ton为所述导通时间，Vbus为所述第一电压信号的电压，Vo为所述第二电压信号的电压，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为所述变压器的激磁电感的电感值，n为所述变压器的匝数比。
16.如权利要求1-13中任一项所述的控制方法，其特征在于，根据以下公式获得所述死区时间：
Figure FDA0002886013130000033
其中，tdelay为所述死区时间，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为所述变压器的激磁电感的电感值。
17.一种反激变换器的控制装置，其特征在于，所述反激变换器具有主开关管、变压器及辅助开关管，所述控制装置包括：
采样装置，经配置以获取第一电压信号和第二电压信号，其中所述第一电压信号代表所述反激变换器的输入电压，所述第二电压信号代表所述反激变换器的输出电压；
第一操作装置，经配置以导通所述辅助开关管，其中所述辅助开关管的导通时间至少根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定；
第二操作装置，经配置以开通所述主开关管，其中，于所述辅助开关管断开后，延迟一死区时间，再开通所述主开关管，其中
所述第一操作装置包含：
信号单元，经配置以输出第三控制信号，其中所述第三控制信号用于开通所述辅助开关管；
计时器，用于接收第一电压信号、第二电压信号和所述第三控制信号，并输出一第一控制信号，其中，所述第一控制信号用于关断所述辅助开关管。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述辅助开关管被导通持续所述导通时间之后产生所述第一控制信号。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第二操作装置包括：
死区时间控制单元，经配置以接受所述第一控制信号，并根据所述第一控制信号和一死区时间输出第二控制信号，其中所述第二控制信号用于在零电压开通条件下开通所述主开关管，所述死区时间为恒定时间。
20.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述辅助开关管为所述反激变换器的有源钳位管，所述有源钳位管连接于所述变压器的原边绕组。
21.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述反激变换器的变压器还包含辅助绕组，所述辅助开关管串联于所述辅助绕组。
22.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述反激变换器还包含同步整流开关管，所述辅助开关管为所述同步整流开关管。
23.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述采样装置采集所述反激变换器的输入端及输出端的电压分别获得所述第一电压信号及所述第二电压信号。
24.如权利要求21所述的控制装置，其特征在于，所述采样装置采集所述变压器的辅助绕组的负向电压获得所述第一电压信号，采集所述辅助绕组的正向电压获得所述第二电压信号。
25.如权利要求22所述的控制装置，其特征在于，所述采样装置采集所述同步整流开关管于关断状态下的端电压获得所述第一电压信号。
26.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述计时器包括：
电流信号输出模块，根据所述第二电压信号按比例系数输出电流信号；
第一电容，其第一端电性连接于所述电流信号输出模块，所述第一电容的第二端接地；
第一控制开关，并联连接于所述第一电容，并经配置以通过所述第三控制信号以控制所述第一电容进入充电状态；
比较模块，所述比较模块的第一输入端电性连接于所述第一电容的第一端，所述比较模块的第二输入端用于接收一参考电压，所述参考电压对应于所述第一电压信号，所述比较模块经配置以比较所述参考电压与所述第一电容的电压；
其中所述比较模块经配置以当所述第一电容的电压与所述参考电压相同时输出所述第一控制信号并停止所述第一电容的所述充电状态；
其中所述辅助开关管的导通时间是所述第一电容的充电时间。
27.如权利要求19所述的控制装置，其特征在于，所述死区时间控制单元包括：
死区时间获得模块，经配置以获得所述死区时间；
第二控制信号输出模块，电性连接于所述死区时间获得模块，并经配置以接收所述第一控制信号和所述死区时间，并输出所述第二控制信号；
其中在产生所述第一控制信号后，延迟所述死区时间再产生所述第二控制信号，以根据所述第二控制信号开通所述主开关管。
28.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
驱动器，经配置以接收所述第三控制信号和所述第一控制信号，并输出第一驱动信号，其中，根据所述第三控制信号产生具有第一电平或第一跳变沿的所述第一驱动信号以开通所述辅助开关管，且根据所述第一控制信号产生具有第二电平或第二跳变沿的所述第一驱动信号以关断所述辅助开关管。
29.如权利要求26所述的控制装置，其特征在于，所述主开关管的第一端电性连接所述变压器的激磁电感，所述主开关管的第二端接地，根据以下公式获得所述比例系数：
Figure FDA0002886013130000051
其中，C为所述第一电容的电容值，K为所述比例系数，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为激磁电感的电感值，n为所述变压器的匝数比。
30.如权利要求17-28中任一项所述的控制装置，其特征在于，根据以下公式获得所述辅助开关管的导通时间：
Figure FDA0002886013130000061
其中，ton为所述辅助开关管的导通时间，Vbus为所述第一电压信号的电压，Vo为所述第二电压信号的电压，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为所述变压器的激磁电感的电感值，n为所述变压器的匝数比。
31.如权利要求17-28中任一项所述的控制装置，其特征在于，根据以下公式获得所述死区时间：
Figure FDA0002886013130000062
其中，tdelay为所述死区时间，Ceq为所述主开关管的第一端和地之间的寄生电容的电容值，Lm为所述变压器的激磁电感的电感值。
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