CN111431412B - 防止开关变换器双边共通的控制方法、电路及变换器 - Google Patents

防止开关变换器双边共通的控制方法、电路及变换器 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开一种防止开关变换器双边共通的控制方法、电路及变换器。所述变换器包括初级开关器件和次级开关器件。所述控制方法包括：检测所述开关变换器的初级的实时电流；基于所述实时电流的大小对所述初级开关器件的导通延时进行调整；若所述实时电流的大小为大，则增大所述初级开关器件的导通延时；若所述实时电流的大小为小，则减小所述初级开关器件的导通延时。所述电路用于执行所述控制方法。当动态续流大电流出现时，较大的导通延时可保证次级开关器件的可靠性；静态续流小电流出现时或在断续电流模式下，较小的启动延时可保证开关变换器的整体效率。

Description

防止开关变换器双边共通的控制方法、电路及变换器
技术领域
本申请涉及开关变换器技术领域，特别涉及一种防止开关变换器双边共通的控制方法、电路及变换器。
背景技术
随着对转换器效率要求的提升，同步整流电路越来越普遍的使用在开关变换器中。由于对功率密度的要求越来越高，越来越多的开关变换器开始采用续流工作模式。在续流工作模式下，开关变换器的初级线圈和次级线圈会存在共通的现象或者说初级开关器件和次级开关器件会存在共通的现象，导致次级开关器件比如同步整流MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)的漏极会出现脉冲尖峰，从而使得同步整流电路的可靠性会大为降低。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请提出一种防止开关变换器双边共通的控制方法、电路及变换器，可提高整个开关变换器的可靠性。
在第一方面，本申请提供一种防止开关变换器双边共通的控制方法，所述开关变换器包括初级开关器件和次级开关器件；
所述控制方法包括：
A1、检测所述开关变换器的初级的实时电流；
A2、基于所述实时电流的大小对所述初级开关器件的导通延时进行调整；若所述实时电流的大小为大，则增大所述初级开关器件的导通延时；若所述实时电流的大小为小，则减小所述初级开关器件的导通延时。
在一些优选的实施方式中，所述增大所述初级开关器件的导通延时具体包括：使用于驱动所述初级开关器件的栅极的驱动信号从低电平上升至高电平的速度减慢；所述减小所述初级开关器件的导通延时具体包括：使用于驱动所述初级开关器件的栅极的驱动信号从低电平上升至高电平的速度加快。
在一些优选的实施方式中，所述A2具体包括：基于所述实时电流产生大小与所述实时电流的大小相关联的第一信号；利用所述第一信号对所述初级开关器件的导通延时进行调整，使得所述初级开关器件的导通延时的大小与所述第一信号的大小相关联。
在一些优选的实施方式中，所述A2具体包括：将所述实时电流与第一电流进行比较；若所述实时电流大于所述第一电流，则增大所述初级开关器件的导通延时；若所述实时电流小于所述第一电流，则减小所述初级开关器件的导通延时。
在一些优选的实施方式中，所述第一电流为上一时刻的实时电流或者为预设的电流。
在第二方面，本申请提供一种防止开关变换器双边共通的控制电路，包括实时电流检测电路和第一主电路；
所述实时电流检测电路用于检测所述开关变换器的初级的实时电流；
所述第一主电路用于基于所述实时电流的大小对开关变换器的初级开关器件的导通延时进行调整；其中，若所述实时电流的大小为大，则增大所述初级开关器件的导通延时；若所述实时电流的大小为小，则减小所述初级开关器件的导通延时。
在一些优选的实施方式中，所述第一主电路包括第一信号发生电路和第一时序电路；
所述第一信号发生电路用于基于所述实时电流产生大小与所述实时电流的大小相关联的第一信号；
所述第一时序电路用于利用所述第一信号对所述初级开关器件的导通延时进行调整，使得所述初级开关器件的导通延时的大小与所述第一信号的大小相关联。
在一些优选的实施方式中，所述第一主电路包括第一比较电路和第二时序电路；
所述第一比较电路用于将所述实时电流与第一电流进行比较并输出第一比较结果和第二比较结果；
所述第二时序电路用于根据所述第一比较结果增大所述初级开关器件的导通延时，以及用于根据所述第二比较结果减小所述初级开关器件的导通延时。
在第三方面，本申请提供一种开关变换器，包括上述防止开关变换器双边共通的控制电路。
在第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行上述方法。
与现有技术相比，本申请实施例的有益效果有：
将初级开关器件的导通延时与续流模式开启时间的电流也即实时电流的大小相关联；当续流模式的开始时间的实时电流大时，则增大初级开关器件的导通延时；当续流模式的开始时间的实时电流小时，则减小初级开关器件的导通延时。如此，当动态续流大电流出现时，较大的导通延时可保证次级开关器件的可靠性；静态续流小电流出现时或在断续电流模式下，较小的启动延时可保证开关变换器的整体效率。
附图说明
图1为开关变换器的电路结构示意图；
图2示出同步整流变换器在续流模式下的理想信号；
图3示出同步整流变换器在续流模式下的实际信号；
图4为本申请第一实施例的开关变换器的电路结构示意图；
图5示出本申请一个实施例的开关变换器在续流模式下初级开启时电流较小的情况下的信号图；
图6示出本申请一个实施例的开关变换器在续流模式下初级开启时电流较大的情况下的信号图；
图7示出本申请第二实施例的控制电路的结构；
图8为本申请第一实施例的防止开关变换器双边共通的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图8及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
第一实施例
本实施例提供一种开关变换器，具体是一种带有同步整流电路的隔离型开关变换器，可防止双边共通。
参考图1，本实施例的开关变换器包括控制电路100、初级开关器件200、次级开关器件300和变压器400。其中，控制电路100为防止开关变换器双边共通的控制电路。本实施例的控制电路100也可称为初级驱动电路或者初级控制器。初级开关器件200为功率开关器件或者说开关管，具体为MOSFET。次级开关器件300为同步整流MOSFET。控制电路100用于控制初级开关器件200。
本实施例还提供一种防止开关变换器双边共通的控制方法。其中，本实施例的控制电路100可实现本实施例的控制方法。
参考图8，本实施例的防止开关变换器双边共通的控制方法包括步骤A1和步骤A2。
步骤A1、检测开关变换器的初级的实时电流。
变压器400具有初级线圈401和次级线圈402。
参考图4，本实施例的控制电路100包括实时电流检测电路1和第一主电路2。其中，由实时电流检测电路1执行步骤A1。实时电流检测电路1检测开关变换器的初级的实时电流，具体是检测变压器400的初级线圈401的实时电流。在本实施例中，初级开关器件200的漏极是连接至初级线圈401的，因此，实时电流检测电路1采集流经初级开关器件200的源极的电流；具体的，实时电流检测电路1在开关变换器工作于续流模式时采集流经初级开关器件200的源极的电流，也即续流工作电流Ics。续流工作电流Ics为前述的实时电流。
步骤A2、基于实时电流的大小对初级开关器件的导通延时进行调整；若实时电流的大小为大，则增大初级开关器件的导通延时；若实时电流的大小为小，则减小初级开关器件的导通延时。
在本实施例中，第一主电路2执行步骤A2。
参考图2，其中，Gate_p是指初级开关器件200的栅极的驱动信号DRV；Gate_s是指次级开关器件300的栅极的驱动信号DRV；Ip是指开关变换器的初级线圈电流；Is是指开关变换器的次级线圈电流。驱动初级开关器件200的驱动信号DRV为PWM信号；初级开关器件200在高电平时导通，在低电平时关断。参考图2，对于驱动信号DRV，从低电平到高电平是瞬间发生的，也即PWM信号的上升沿几乎是竖直。在本实施例中，导通延时(也可称为开启延时)是指驱动信号DRV的低电平到高电平之间的时间，或者说是上升沿的持续时间。
参考图3，由于同步整流控制器的驱动延时，导致在图3中虚线椭圆框选的区域内，初级线圈401和次级线圈402会出现共通现象也即初级开关器件200和次级开关器件300会同时导通，会有脉冲出现在同步整流MOSFET也即次级开关器件300的漏极。通过控制电路100对初级开关器件200设置导通延时，可减小同步整流MOSFET的脉冲。由于控制电路100也即初级驱动电路设置的延时，产生共通时的初级线圈401的电流大为减小，所以产生在同步整流MOSFET上的能量也大为减小。
但是，初级开关器件200大的初级导通延时间会导致开关变换器的效率降低，所以过大的延时不利于效率的提升。由于高电流续流模式通常发生在输出负载发生动态变化的情况下，如重负载到轻负载，本实施例将初级导通延时与续流模式开启时间的电流也即实时电流Ics的大小相关联；参考图5，当续流模式的开始时间的实时电流Ics大时，则增大初级开关器件200的导通延时；参考图6，当续流模式的开始时间的实时电流Ics小时，则减小初级开关器件200的导通延时。如此，当动态续流大电流出现时，较大的导通延时可保证整流MOSFET也即次级开关器件300的可靠性；静态续流小电流出现时或在断续电流模式下，较小的启动延时可保证开关变换器的整体效率。
增大初级开关器件200的导通延时td具体为：参考图5，使用于驱动初级开关器件200的栅极的驱动信号DRV从低电平上升至高电平的速度减慢；如此，驱动信号DRV从低电平逐渐上升至高电平，其中，会出现一个米勒平台；减慢是相对而言的，比如相对上一时刻的速度或者预设的速度减慢；大体上可认为驱动信号DRV的上升沿的斜率变小。由于导通延时td变大，流经初级开关器件200的漏极和源极的电流Ip上升的速度也变慢。
参考图6，减小初级开关器件200的导通延时td具体为：使用于驱动初级开关器件200的栅极的驱动信号DRV的从低电平上升至高电平的速度加快；如此，驱动信号DRV从低电平逐渐上升至高电平；其中，加快是相对而言的，比如相对上一时刻的速度或者预设的速度加快；大体上可认为驱动信号DRV的上升沿的斜率变大。由于导通延时td变小，流经初级开关器件200的漏极和源极的电流Ip上升的速度也变快。
参考图4，本实施例的第一主电路2包括第一信号发生电路21和第一时序电路22。相应的，本实施例的步骤A2具体为：第一信号发生电路21基于实时电流Ics产生大小与实时电流Ics的大小相关联的第一信号；第一时序电路22利用第一信号对初级开关器件200的导通延时进行调整，使得初级开关器件200的导通延时的大小与第一信号的大小相关联。
第一信号为电流信号。在其它实施例中，第一信号还可以是电压信号。
第一信号发生电路21接入实时电流Ics，使得实时电流Ics与预设电流进行相减或者叠加，进而输出一个电流，该电流为第一信号。具体的，实时电流Ics抵消预设电流的一部分，使得输出的电流的大小变小，也就是使得第一信号的电流大小变小；实时电流Ics越大，则第一信号就越小，反之，则第一信号就越大。第一信号输入至第一时序电路22用于改变初级开关器件200的导通延时；如果第一信号越小，驱动信号DRV从低电平上升至高电平的速度就越慢，则初级开关器件200的导通延时就越大；如果第一信号越大，驱动信号DRV从低电平上升至高电平的速度就越快，则初级开关器件200的导通延时就越小。
参考图4，第一信号发生电路21包括接入子电路211和电流源212。接入子电路211用于将实时电流Ics接入至电流源212；接入子电路211包括开关S1和电容C1；开关S1的一端用于输入实时电流Ics，另一端则连接至电流源212；电容C1用于对接入的实时电流Ics进行滤波；接入子电路211基于驱动信号DRV闭合开关S1，从而将接入实时电流Ics。电流源212用于产生预设电流，具体包括串联在一起的第一恒流源A1和第二恒流源A2；第一恒流源A1产生电流Ichg，第二恒流源A2产生电流Idchg。第一恒流源A1和第二恒流源A2之间设有输出端213，用于将第一信号输入至第一时序电路22。在未接入实时电流Ics之前，电流源212将预设电流输入至第一时序电路22；接入实时电流Ics时，实时电流Ics抵消第二恒流源A2产生的电流Idchg的至少一部分，使得电流源212的输出端213输出的第一信号的大小发生变化。
上述控制电路100的结构简单，容易实施，可降低成本。
第二实施例
本实施例与第一实施例的区别在于：参考图7，本实施例的第一主电路2包括第一比较电路23和第二时序电路24；相应的，步骤A2具体为：第一比较电路23将实时电流Ics与第一电流进行比较；若实时电流Ics大于第一电流，则增大初级开关器件200的导通延时；若实时电流Ics小于第一电流，则减小初级开关器件的导通延时。
第一电流可以为上一时刻的实时电流或者为预设的电流。
在本实施例中，第一比较电路23将实时电流Ics与第一电流进行比较并输出第一比较结果和第二比较结果；其中，第一比较结果表示实时电流Ics大于第一电流，第二比较结果表示实时电流Ics小于第一电流；第二时序电路24根据第一比较结果增大初级开关器件200的导通延时，以及根据第二比较结果减小初级开关器件200的导通延时；具体的，第二时序电路24改变驱动信号DRV的上升沿的持续时间，分别是使驱动信号DRV的上升沿的持续时间变大和减小。
在其它实施例中，将实时电流Ics转换为实时电压，然后将实时电压与第一电压进行比较；再根据比较结果来调整初级开关器件200的导通延时。第一电压可以为由上一时刻的实时电流转换而得到的电压或者为预设的电压。
本申请实施例不需要开关变换器的次级信息，比如不需要次级开关器件300的导通时间或者不需要对次级开关器件300的导通时间进行调整，可降低成本。
本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由计算机程序来命令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种防止开关变换器双边共通的控制方法，其特征在于，
所述开关变换器包括初级开关器件和次级开关器件；
所述控制方法包括：
A1、检测所述开关变换器的初级的实时电流；
A2、基于所述实时电流的大小对所述初级开关器件的导通延时进行调整；其中，将所述实时电流与第一电流进行比较；若所述实时电流大于所述第一电流，则增大所述初级开关器件的导通延时；若所述实时电流小于所述第一电流，则减小所述初级开关器件的导通延时。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述增大所述初级开关器件的导通延时具体包括：使用于驱动所述初级开关器件的栅极的驱动信号从低电平上升至高电平的速度减慢；
所述减小所述初级开关器件的导通延时具体包括：使用于驱动所述初级开关器件的栅极的驱动信号从低电平上升至高电平的速度加快。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述A2具体包括：基于所述实时电流产生大小与所述实时电流的大小相关联的第一信号；利用所述第一信号对所述初级开关器件的导通延时进行调整，使得所述初级开关器件的导通延时的大小与所述第一信号的大小相关联。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述第一电流为上一时刻的实时电流或者为预设的电流。
5.一种防止开关变换器双边共通的控制电路，其特征在于：包括实时电流检测电路和第一主电路；
所述实时电流检测电路用于检测所述开关变换器的初级的实时电流；
所述第一主电路用于基于所述实时电流的大小对开关变换器的初级开关器件的导通延时进行调整；其中，将所述实时电流与第一电流进行比较；若所述实时电流大于所述第一电流，则增大所述初级开关器件的导通延时；若所述实时电流小于所述第一电流，则减小所述初级开关器件的导通延时。
6.根据权利要求5所述电路，其特征在于：所述第一主电路包括第一信号发生电路和第一时序电路；
所述第一信号发生电路用于基于所述实时电流产生大小与所述实时电流的大小相关联的第一信号；
所述第一时序电路用于利用所述第一信号对所述初级开关器件的导通延时进行调整，使得所述初级开关器件的导通延时的大小与所述第一信号的大小相关联。
7.根据权利要求5所述电路，其特征在于：所述第一主电路包括第一比较电路和第二时序电路；
所述第一比较电路用于将所述实时电流与第一电流进行比较并输出第一比较结果和第二比较结果；
所述第二时序电路用于根据所述第一比较结果增大所述初级开关器件的导通延时，以及用于根据所述第二比较结果减小所述初级开关器件的导通延时。
8.一种开关变换器，其特征在于：包括根据权利要求5至7任一项所述电路。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被计算机的处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1至4任一项所述方法。
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