CN113708633B - 一种反激变换器的控制方法、反激变换器及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变换器设计领域，公开一种反激变换器的控制方法，反激变换器包括功率开关管、整流开关管、一变压器和一输出电容，整流开关管包括一第一端与一第二端，分别与变压器和所述输出电容电气连接，其中，根据反激变换器的输出功率或负载电流，控制功率开关管导通一段时间，在功率开关管关断后经受控的第一延迟时间后再控制整流开关管导通一段受控的时间，在次级侧功率开关管关断后经受控的第二延迟时间后再控制功率开关管导通。在简化控制模式的同时实现各工况下功率开关管的零电压开通和实现轻载时的降频，从而实现电路的性能优化。

Description

一种反激变换器的控制方法、反激变换器及控制装置

技术领域

本发明涉及变换器设计领域，尤其涉及一种反激变换器控制方法、反激变换器及控制装置。

技术背景

在小功率电源领域，反激变换器因其电路结构简单、控制技术成熟、成本很低而应用广泛，但随着随着高频、高效、小体积的发展需求，反激变换器的硬开关特性限制了其进一步的发展，尤其在高压输入下。即使准谐振控制的反激变换器(QRFlyback)能够在输入电压较低的情况下实现初级侧主功率管的零电压导通(ZVS)。但是，当输入电压Vin>nVo时只能实现主功率管的波谷导通，其中n表示变压器初次级侧匝比，Vo为输出电压，该类变换器目前ACDC应用最高频率在130kHz左右，高压输入下开关损耗依然很重，导致采用该技术的电源模块频率很难继续提升、模块体积很难继续减小。为了进一步提高工作频率，有必要高压输入时实现功率管的ZVS。

图1所示有源钳位反激变换器成为近几年研究的热点，能够利用钳位电容Cr与钳位开关管回收漏感能量并把部分能量转化成变压器初级侧绕组的负向电流，从而使主管实现ZVS；该方案增加了钳位回路，需要浮地驱动，不利于功率集成，并且增加了成本，适合高隔离和功率较大的场合，如40～150W间的功率范围。为了满足全工况的性能优化，控制模式极为复杂，可以参考TI的UCC28780以及安森美的NCP1568系列有源钳位反激芯片。

图2所示为另一种能够实现主功率MOS管ZVS的电路，同步整流反激电路，利用次级侧同步整流管在去磁结束后继续导通一段时间获取负向电流，从而在同步整流管关断后向初级侧传递部分能量参与谐振，实现主功率管的ZVS，图3所示为互补驱动控制的时序图。如果定频控制，则轻负载下负向电流很大，造成很大的电流循环能量损耗；如果变频控制，则负载越轻，原边主管导通时间Ton_p越短、副边整流管导通时间Ton_s也越短，开关频率越高，轻载效率很低，空载功耗也不满足产品需求，同时明显提高了控制芯片的最高频率，这无形中提高了芯片的工艺要求。另外，电源模块在很宽的频率范围的工作对EMC电路的要求也更高。因此，基于同步整流反激电路拓扑，通过优化控制模式来实现全工况范围的性能优化是一个很有应用前景的选择。

发明内容

有鉴如此，本发明解决的技术问题在于提供一种反激变换器的控制方法及控制装置，在不增加成本的前提下提高反激变换器的整体性能，降低控制芯片的工艺要求，以促进小功率电源模块高频小体积低成本的发展。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种反激变换器的控制方法，反激变换器包括功率开关管、整流开关管和变压器，功率开关管与变压器的初级侧绕组连接，整流开关管与所述变压器的次级侧绕组连接，该控制方法包括如下步骤：

步骤1：控制功率开关管导通一段时间后关断；

步骤2：在功率开关管关断后，根据反激变换器的负载的大小控制整流开关管经第一延迟时间后导通，并在整流开关管导通一段时间后控制其关断，其中，第一延迟时间的长短根据负载的大小进行控制。

在一个实施例中，根据反映反激变换器的负载大小的电压信号控制功率开关管导通时间的长度。

在一个实施例中，第一延迟时间的长短根据负载的大小进行控制，具体包括：

检测反映反激变换器的负载大小的电压信号，并将检测到的电压信号与一阈值比较；当电压信号大于或等于一阈值时，生成负载为重负载的判断结果，并根据判断结果与电压信号的大小来控制第一延迟时间的长短；当电压信号小于或等于一阈值时，生成负载为轻负载的判断结果，并根据判断结果与电压信号的大小来控制第一延迟时间的长短。

在一个实施例中，第一延迟时间的长短根据负载的大小进行控制，具体包括：

获取反映反激变换器的负载大小的电压信号，并将电压信号与第一阈值比较，当电压信号大于或等于一阈值时，生成负载为重负载的判断结果，则执行步骤S1；当电压信号小于阈值时，生成负载为轻负载的判断结果，则执行步骤S2；

步骤S1：根据判断结果与电压信号的大小以第一种函数关系控制第一延迟时间的长短，其中，第一种函数关系为第一延迟时间随电压信号减少保持不变或随电压信号的减少而增加；

步骤S2：根据判断结果与电压信号的大小以第二种函数关系来控制第一延迟时间的长短，其中，第二种函数关系为第一延迟时间随电压信号减少而增加。

在一个实施例中，通过检测流过功率开关管的电流、流过整流单元的电流、负载电流、输出功率或反馈输出电压来获取反映反激变换器的负载大小的电压信号。

在一个实施例中，控制方法还包括如下步骤：在整流开关管关断后经第二延迟时间后再次控制功率开关管导通。

在一个实施例中，第二延迟时间的长度根据输入电压进行控制，当输入电压大于或等于一阈值时，第二延迟时间的长度为小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半的一个设定值；当输入电压小于阈值时，第二延迟时间的长度大于设定值且小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半。

在一个实施例中，还包括以下步骤：在功率开关管关断后且经第二延迟时间后检测功率开关管的漏源极电压，并将检测到的漏源极电压跟设定的第一阈值和第二阈值进行比较；

当功率开关管的漏源极电压低于第一阈值而高于第二阈值时，生成恰好ZVS的判定，则在下个循环中控制整流开关管导通时间不变；当功率开关管的漏源极电压低于第二阈值时，生成过ZVS的判定，则在下个周期中控制整流开关管导通时间，使得导通时间比上一个周期减少；当功率开关管的漏源极电压高于第一阈值时，生成欠ZVS的判定，则在下个周期中控制整流开关管导通时间，使得导通时间比上一个周期增加。

在一个实施例中，第一阈值设定为小于(Vin-nVo)，其中，Vin为反激变换器电路的输入电压，n为反激变换器的初级侧绕组与次级侧绕组的匝数比，Vo为反激变换器的输出电压，第二阈值小于第一阈值。

在一个实施例中，步骤2中，通过以下任意一种方法控制整流开关管导通：

方法一：将整流开关管中的整流电流从最大值减小到零的时间记为去磁时间，当第一延迟时间小于去磁时间时，则控制整流开关管在第一延迟时间结束时导通；

方法二：将整流开关管中的整流电流从最大值减小到零的时间记为去磁时间，当第一延迟时间大于去磁时间时，则控制整流开关管在第一延迟时间后且在整流开关管的漏源极电压的第一个波谷出现时导通；

方法三：将整流开关管中的整流电流从最大值减小到零的时间记为去磁时间，当第一延迟时间大于去磁时间且整流开关管的漏源极电压振荡幅值衰减到某一最小值时，则控制整流开关管在第一延迟时间结束的时刻导通。

本发明还提供一种反激变换器，包括：

变压器，配置为包括初级侧绕组和次级侧绕组；

功率开关管，配置为连接在初级侧绕组和接地端之间；

整流开关管，配置为连接次级侧绕组；

控制装置，配置为控制功率开关管导通一段时间后关断，并在功率开关管关断后，根据负载的大小控制整流开关管经第一延迟时间后导通，以及在整流开关管导通一段时间后控制其关断，其中，第一延迟时间的长短根据负载的大小进行控制。

在一个实施例中，控制装置设有负载检测电路，负载检测电路用于检测反映负载大小的电压信号并输送至控制装置，控制装置将电压信号与一阈值比较，当电压信号大于或等于阈值时，则控制第一延迟时间，使得当电压信号减少时第一延迟时间随保持不变或随电压信号的减少而增加；当电压信号小于阈值时，控制第一延迟时间，使得第一延迟时间随电压信号的减小而增加。

在一个实施例中，控制装置设有初级侧控制器、去磁检测电路、整流波谷检测电路以及计时比较电路；

去磁检测电路用于检测整流开关管的整流电流过零的时刻，并根据整流电流过零的时刻获取去磁时间，去磁时间为功率开关管关断到整流开关管的整流电流过零的时间；

整流波谷检测电路用于当第一延迟时间大于去磁时间时，在第一延迟时间结束后，检测整流开关管的漏源极间电压谐振的第一个波谷出现时刻或检测功率开关管的源漏电压的第一个波峰出现时刻，并产生触发信号；

计时比较电路用于将第一延迟时间与去磁时间进行比较并将比较结果输送至初级侧控制器，初级侧控制器根据结果控制整流开关管导通，当比较结果为第一延迟时间大于去磁时间时，初级侧控制器控制整流开关管在第一延迟时间后且接收到触发信号时导通；当比较结果为第一延迟时间小于去磁时间时，控制器控制整流开关管在第一延迟时间结束的时刻导通。

在一个实施例中，控制装置还配置为在整流开关管关断后经第二延迟时间后再次控制功率开关管导通。

在一个实施例中，控制装置设有输入电压检测电路，输入电压检测电路用于检测所述反激变换器的输入电压并输入至控制装置；控制装置将输入电压与阈值比较，当输入电压大于或等于阈值时，生成输入电压为高电压的判断结果，并根据判断结果控制第二延迟时间的长度为小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半的一个设定值；当输入电压小于阈值时，生成输入电压为低电压的判断结果，并根据判断结果控制第二延迟时间为大于设定值且小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半。

在一个实施例中，控制装置设有ZVS检测电路，ZVS检测电路用于检测功率开关管的漏源极电压；控制装置根据功率开关管的漏源极电压判断功率开关管ZVS实现情况并对整流开关管的导通时间长短进行控制，具体为：当功率开关管的漏源极间的电压低于第一阈值而高于第二阈值时，生成恰好ZVS的判定，则在下个周期中控制整流开关管导通时间不变；当功率开关管的漏源极电压低于第二阈值时，生成过ZVS的判定，则在下个周期中控制整流开关管导通时间比上一个周期减少；当功率开关管的漏源极电压高于第一阈值时，生成欠ZVS的判定，则在下个周期中控制整流开关管导通时间比上一个周期增加。

本发明再提供一种反激变换器的控制方法，其包括：包含以下步骤：

步骤1：采集反映反激变换器的负载大小的电压信号；

步骤2：将电压信号与一阈值进行比较，当电压信号大于或等于阈值时，生成负载为重负载的判断结果，并执行步骤3；当电压信号小于阈值时，生成负载为轻负载的判断结果，并执行步骤4；

步骤3：根据判断结果与电压信号的大小以第一种函数关系控制在一个周期中功率开关管关闭到整流开关管导通之间的延迟时间的长短，其中，第一种函数关系为延迟时间随电压信号减少保持不变或随电压信号的减小而增加；

步骤4：根据判断结果与电压信号的大小以第二种函数关系来控制第一延迟时间的长短，其中，第二种函数关系为延迟时间随电压信号减少而增加。

本发明再提供一种反激变换器的控制方法，反激变换器包括功率开关管、整流开关管和变压器，功率开关管与变压器的初级侧绕组连接，整流开关管与所述变压器的次级侧绕组连接，控制方法包括：

检测反映负载的状态的信号；

根据负载的状态的信号控制在一个周期中从功率开关管关断到整流开关管导通之间间隔的延迟时间的长短；

当负载的状态为轻载时，控制延迟时间，使得延迟时间随负载的减小而增加，且延迟时间增加到某一最大值时不再增加。

本发明再提供一种反激变换器的控制装置，反激变换器包括变压器、功率开关管、整流开关管以及输出电容；功率开关管与变压器的初级侧绕组连接；整流开关管设有第一端和第二端，第一端与变压器的次级侧绕组连接，第二端与输出电容连接；控制装置根据反激变换器的输入电压以及负载大小，控制功率开关管导通一段时间后关断，在功率开关管关断后经受控的第一延迟时间后再控制整流开关管导通一段时间，在整流开关管关断后经受控的第二延迟时间后再控制功率开关管导通，其中，第一延迟时间的长短根据负载的大小进行控制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明根据负载的大小，对功率开关管关断到整流开关管导通之间间隔的延迟时间进行精确控制，有效解决反激变换器的开通损耗大的问题，兼顾重载与轻载效率，并且控制器的最高工作频率不需要很高，在不增加成本的前提下提高反激变换器的整体性能，在简化控制模式的同时实现各工况下所述功率开关管的零电压开通和性能优化，以促进小功率电源模块高频小体积低成本的发展；

(2)通过控制整流开关管的导通时间来实现功率开关管零电压开通，以及通过控制整流开关管在其漏源极谐振电压波谷时开通，有效降低了开关损耗和EMI；

(3)控制器的最高工作频率低于互补驱动工作时所需的工作频率，在不增加成本的前提下提高反激变换器的整体性能。

附图说明

图1为现有技术的有源钳位反激电路原理图；

图2为现有技术的同步整流反激电路原理图；

图3为现有技术的互补驱动控制同步整流反激电路的时序图；

图4为本发明反激变换器的第一实施例的结构示意图；

图5为控制装置的控制时序图；

图6为本发明反激变换器控制方法的第一实施例的流程图；

图7a为一种第一延迟时间随反馈电压信号的变化关系图；

图7b为又一种第一延迟时间随反馈电压信号的变化关系图；

图7c为又一种第一延迟时间随反馈电压信号的变化关系图；

图7d为又一种第一延迟时间随反馈电压信号的变化关系图；

图8为本发明反激变换器的第二实施例的结构示意图；

图9为本发明反激变换器的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的原理基于在低电压输入时(满足Vin<nVo),功率开关管的漏极和源极之间的电压可以自然谐振到0V，因而可以实现零电压开通(ZVS)。而在高压输入时，功率开关管的漏极和源极之间的电压不可以自然谐振到0V，不能实现零电压开通(ZVS)，需要一个初始的负向电流来促使功率开关管的漏极和源极之间的电压谐振到0V，因此，高压输入时需要整流开关管的负向电流来帮助实现功率开关管的零电压开通(ZVS)。在低电压输入时，由于没有初始负向电流，功率开关管的漏极和源极之间的电压自然谐振到0V的时间为原边电感与原边寄生电容谐振周期的一半，相比于有初始负向电流的情况所需的时间更长，因而在整流开关管关闭后导通功率开关管所需的延迟也更长。

进一步地，重载工作时，同步整流效率更高，因而重载工作时整流开关管应该导通更长的时间，适合互补驱动工作；而轻载工作时变压器所需的励磁时间以及去次时间更断，因而，功率开关管的导通时间更短、整流开关管的导通时间更短，为了轻载能够实现降频，功率开关管与整流开关管都关断的时间长度，适合非互补驱动工作，即整流开关管在功率开关管导通前导通一段时间。为了实现平稳过渡，可以跟据负载大小来调节功率开关管关断后到位于次级侧的整流开关管开通间的延迟时间；如此驱动模式将自然过渡到非互补驱动工作模式。

再进一步地，根据负载大小设定的延迟时间结束后，位于次级侧的整流开关管两端的电压很大可能为一非零的电压，可以选择性地在所述设定的延迟时间结束后在整流开关管的电压波谷出现时导通所述整流开关管。

基于上述原理，本发明提出一种反激变换器，其包括功率开关管、整流开关管、变压器、输出电容和控制装置，整流开关管具有第一端与第二端，其中，第一端与变压器电气连接，第二端与输出电容电气连接，控制装置根据反激变换器的输入电压以及反激变换器的负载大小对功率开关管和整流开关管进行控制，其控制过程包括：控制功率开关管导通一段时间后关断，在功率开关管关断后经受控的第一延迟时间后再控制整流开关管导通一段时间，在整流开关管关断后经受控的第二延迟时间后再控制功率开关管导通，在简化控制模式的同时实现各工况下所述功率开关管的零电压开通和实现轻载时的降频，从而实现电路的性能优化。

第一实施例

请参考图4，图4为本发明反激变换器100的第一实施例的结构示意图，反激变换器100用于将输入电压Vin转换成输出电压Vo，其包括变压器T1、功率开关管Qp、整流开关管Qs、钳位电路17、输出电容Co以及控制装置10。

变压器T1具有初级侧绕组Np和次级侧绕组Ns，初级侧绕组Np设有端口1和端口2，次级侧绕组Ns设有端口3和端口4，其中，端口1与反激变换器100的输入端连接，端口4与反激变换器100的输出端连接。

功率开关管Qp的漏极与初级侧绕组的端口2连接，功率开关管Qp的源极与地连接；整流开关管Qs具有第一端和第二端，其中，第一端与端口3连接，第二端与输出电容Co的一端连接，第一端为整流开关管Qs的漏极，第二端为整流开关管Qs的源极；钳位电路17的一端与端口1连接，另一端与端口2连接。在本实施例中，整流开关管Qs为同步整流管Qs。

控制装置10设有隔离反馈电路11、ZVS检测电路12、整流波谷检测电路13、初级侧控制器15(以下简称为控制器)、隔离驱动电路16、去磁检测电路(未图示)以及计时比较电路(未图示)。

隔离反馈电路11与变压器T1的输出端连接，本实施例中，隔离反馈电路11是负载检测电路，其通过检测输出功率或负载电流来获得反馈电压信号VFB，从而实现反激变换器100的负载大小的检测。在其它实施例中，可通过检测流过功率开关管Qp的电流、流过整流单元Qs的电流或反馈输出电压来实现反激变换器100的负载大小的检测。

ZVS检测电路12用于检测功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p(即功率开关管Qp的漏极与源极的极间电压)并输送至控制器15。

整流波谷检测电路13用于检测整流开关管Qs的漏源极电压Vds_s谐振的波谷出现时刻，并产生波谷触发信号。本实施例中，整流波谷检测电路13通过检测功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p的波峰来检测功率开关管Qp的漏源极电压Vds_s谐振波谷出现时刻，在其它实施例中，可通过直接检测整流开关管Qs的漏源极电压Vds_s来检测整流开关管Qs的漏源极电压Vds_s波谷出现时刻。

控制器15用于根据反馈电压信号VFB、功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p以及波谷触发信号来产生控制功率开关管Qp以及整流开关管Qs开关的驱动控制信号。

隔离驱动电路16连接在整流开关管Qs和控制器15之间，控制器15输出的驱动控制信号通过隔离驱动电路16控制整流开关管Qs的导通和关断。

请参考图4、图5，控制器15控制功率开关管Qp和整流开关管Qs的过程如下：

控制器15控制功率开关管Qp导通一段时间，在功率开关管Qp关断后经受控的第一延迟时间Td后再控制整流开关管Qs导通一段时间后关断，在整流开关管Qs关断后经第二延迟时间Ts后再控制功率开关管Qp导通，通过该控制方式，在简化控制模式的同时可实现各工况下功率开关管Qp的零电压开通和实现轻载时的降频，从而实现电路的性能优化。在此实施例中，反激变换器100初级侧的钳位电路17为RCD钳位电路(电阻-电容-二极管钳位电路)，但不限于此。

去磁检测电路用于检测整流开关管Qs的整流电流过零的时刻，并根据整流电流IL_s过零的时刻获取去磁计时间Tm，去磁计时间Tm为功率开关管Qp关断到整流开关管Qs的整流电流IL_s过零的时间。

计时比较电路用于将第一延迟时间Td与去磁时间Tm进行比较并将比较结果输送至控制器15，控制器15根据比较结果控制整流开关管Qs导通的时间，当比较结果为第一延迟时间Td大于去磁时间Tm时(对应轻负载工作状态)，控制器控制整流开关管Qs在延迟时间后且接收到波谷触发信号时导通；当比较结果为第一延迟时间Td小于去磁时间Tm(对应重负载工作状态)，控制器15控制整流开关管Qs在第一延迟时间Td结束的时刻导通。

本实施例中，第一延迟时间Td的长短根据负载大小行控制，当反映负载大小的反馈电压信号VFB大于或等于第一阈值时，以第一种函数关系控制第一延迟时间Td的长短，其中，第一种函数关系第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB减少保持不变或随反馈电压信号VFB的减小而增加；所述反馈电压信号VFB小于第一阈值时，以第二种函数关系控制第一延迟时间Td的长短，其中，第二种函数关系第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB减少而增加。

而整流开关管Qs导通时间的长短根据功率开关管Qp的ZVS实现状况进行控制，具体地：

控制器15将ZVS检测电路12在第二延迟时间Ts结束时采样到的功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p，并与第二阈值以及第三阈值比较，当检测到的功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p低于第二阈值而高于第三阈值时，生成恰好ZVS的判定，控制器15则在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间不变；当检测到的功率开关管Qp的漏源极电压低于第三阈值时，生成过ZVS的判定，控制器15在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间缩短一点(即在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间比上一个周期减少)；当检测到功率开关管Qp的漏源极电压高于第二阈值时，生成欠ZVS的判定，控制器15在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间增加一点(即下个周期中控制整流开关管Qs导通时间比上一个周期增加)。

下面结合附图5-6进一步说明本发明反激变换器的控制方法。其中，图6是本发明反激变换器的控制方法的第一实施例流程图，该控制方法包含以下步骤：

步骤1：获取反激变换器100的输出功率或负载电流的反馈电压信号VFB；

步骤2：将输出功率或负载电流信号与第一阈值进行比较，即将反馈电压信号VFB与第一阈值进行比较；

步骤3：当反馈电压信号VFB大于或等于第一阈值时，生成重负载的判断结果，并根据所述判断结果与反馈电压信号VFB的大小以第一种函数关系控制受控的第一延迟时间Td的长短，第一种函数关系为第一延迟时间随电压信号减少保持不变或随电压信号的减小而增加；

步骤4：当反馈电压信号VFB小于第一阈值时，生成轻负载的判断结果，并根据判断结果与反馈电压信号VFB的大小以第二种函数关系控制第一延迟时间Td的长短，第二种函数关系为延迟时间Td随电压信号减少而增加；

步骤5：根据功率开关管Qp的ZVS实现情况调节整流开关管Qs的导通时间；

步骤6：整流开关管Qs关断后经第二延迟时间Ts开通功率开关管Qp。

于步骤5中，整流开关管Qs的开通为零电压开通、波谷开通或者常规开通；其中，当第一延迟时间Td结束时整流开关管Qs中的电流尚未从最大值降到零，则第一延迟时间Td结束时直接开通整流开关管Qs，此情况下为ZVS开通；其中，当第一延迟时间Td结束时整流开关管Qs中的电流已经从最大值降到零，则励磁电感已经与寄生电容进行谐振，第一延迟时间Td结束时直接开通整流开关管Qs，此情况下为非ZVS开通，可以通过直接或间接检测整流开关管Qs的漏源极电压的波谷实现整流开关管Qs在其漏源极电压的波谷出现时导通。

于步骤5中，功率开关管Qp的ZVS实现情况是本周期之前一个或几个周期检测的结果；当检测到的功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p低于第二阈值而高于第三阈值时，生成恰好ZVS的判定，控制器15在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间不变；当检测到的功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p低于第三阈值时，生成过ZVS的判定，控制器15在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间缩短一点；当检测到的功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p高于第二阈值时，生成欠ZVS的判定，控制器15在下个周期中控制整流开关管Qs导通时间增加一点。

于步骤6中，第二延迟时间Ts优选地为一固定的延长时间。

更进一步地，整流开关管Qs包括一开关晶体管以及与开关晶体管并联的整流二极管，当反激变换器100满载电流比较小时，控制第一延迟时间Td大于整流开关管Qs中的电流从最大值降到零的时间。

请再参照图5，如图5所示：包含重负载以及轻负载两个工作状态，以下忽略漏感的谐振过程进行说明。

重负载工作状态：

t1时刻，功率开关管Qp关断，变压器原边电流IL_p迅速下降到零，整流电流IL_s迅速增加到最大值，经第一延迟时间Td，t2时刻，整流开关管Qs实现ZVS开通；

t3时刻，整流电流IL_s下降到零，由于整流开关管Qs仍然导通，输出电压Vo对变压器的次级绕组NS进行钳位反向励磁，变压器的初级侧绕组Np以及次级侧绕组Ns电压不变，整流波谷检测电路13检测不到去磁结束的点，Tm无法被记录，但t4时刻整流开关管Qs关断时，整流波谷检测电路13将检测到这个拐点，也就是说拐点出现在第一延迟时间Td结束之后；

整流开关管Qs关断结束后经第二延迟时间Ts后(t5时刻)对功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p进行检测，并将检测结果跟第二阈值以及第三阈值进行比较来判定功率开关管Qp的ZVS实现情况；t5时刻，同时开通功率开关管Qp；

下个周期，控制装置10将跟据检测到的功率开关管Qp的ZVS实现情况来调节整流开关管Qs的导通时间Ton_s的长短；

重载工作，尽量减小第一延迟时间Td的长度而让同步整流参与整流的过程更长。

轻负载工作状态：

t8时刻，功率开关管Qp关断，变压器原边电流IL_p迅速下降到零，整流电流IL_s迅速增加到最大值；

t9时刻，整流电流IL_s下降到零，变压器绕组两端电压开始谐振，整流波谷检测电路13检测到拐点，对应去磁结束点，去磁时间Tm被记录，通过检测第一延迟时间Td结束之后整流开关管Qs的漏源极Vds_s的第一个波谷出现时导通整流开关管Qs，也就是时说第一延迟时间Td结束之后对应t10时刻，而整流开关管Qs在t10时刻之后经过一段时间Tb后在t11时刻导通，其中，整流开关管Qs的导通时间根据上个周期功率开关管Qp的ZVS实现情况来调节；

t12时刻，整流开关管Qs关断，经第二延迟时间Ts后(t13时刻)对功率开关管Qp的漏源极电压Vds_p进行检测，并将检测结果跟第二阈值以及第三阈值进行比较来判定功率开关管Qp的ZVS实现情况；t13时刻，同时开通功率开关管Qp。

请再参照图7a～图7d，图7a～图7d为几个典型的第一延迟时间Td随的反馈电压信号VFB变化关系图。

图7a所示，反馈电压信号VFB大于阈值Vref_FB时，即重载时，第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB减少而保持不变；反馈电压信号VFB小于阈值Vref_FB时，即轻载时，当反馈电压信号VFB减小到一定程度时第一延迟时间Td出现一个跳变增加后再随反馈电压信号VFB的减小而线性增加；当第一延迟时间Td增加到最大值时，第一第一延迟时间Td不再增加。

图7b所示，反馈电压信号VFB大于阈值Vref_FB时，第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB增加而保持不变；反馈电压信号VFB小于阈值Vref_FB时，当反馈电压信号VFB减小到一定程度时第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB的减小而线性增加；当第一延迟时间Td增加到最大值时，第一延迟时间Td不再增加。

图7c所示，反馈电压信号VFB大于阈值Vref_FB1时，第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB增加而保持不变；当反馈电压信号VFB减小到一定程度时第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB的减小而以第一斜率线性增加；当反馈电压信号VFB继续减小到另一定程度时第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB的减小而以第二斜率线性增加；当第一延迟时间Td增加到最大值时，第一延迟时间Td不再增加。

图7d所示，第一延迟时间Td随反馈电压信号VFB减少而线性增加；当反馈电压信号VFB继续减小到另一定程度时第一延迟时间Td增加到最大值，即使反馈电压信号VFB(负载)继续减小，第一延迟时间Td不再增加。

图7a～图7d所示的四种典型的第一延迟时间的变化曲线只是对本发明思想的一个说明，但其他类似的变化关系不应脱离本发明的保护范围。

第二实施例

图8为本发明反激变换器100的第二实施例的结构示意图，与第一实施例中的反激变换器100的控制装置10相比，第三实施例中的反激变换器100的控制装置10增加了输出电压检测电路14，该输出电压检测电路14用于检测该反激变换器100的输入电压Vin；相应地可以根据输入电压Vin的检测做一些优化控制，如对第二延迟时间进行优化控制。

控制器15将输入电压Vin与一阈值比较，当输入电压Vin大于或等于该阈值(典型值为nVo)时，生成输入电压Vin为高电压的判断结果，根据判断结果控制第二延迟时间为小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半的一个设定值；当输入电压小于该阈值(Vin<nVo)时，生成所述输入电压Vin为低电压的判断结果，并根据判断结果控制第二延迟时间增加一点(即大于设定值)，但仍小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半。

第三实施例

图9所示为第三实施例中反激变换器100的结构示意图，与第二实施例中反激变换器100的控制装置10相比，第三实施例中反激变换器100的控制装置10少了第一实施例中的整流波谷检测电路以及ZVS检测电路，而改为通过辅助绕组(由绕组Na和电阻R1和电阻R2组成)对反激变换器100的输入电压Vin、整流开关管Qs的漏源极电压的波谷、功率开关管Qp的ZVS实现情况以及功率开关管Qp的漏源极电压的谐振拐点进行检测，但仍然可采用本发明的控制方法进行控制。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种反激变换器的控制方法，所述反激变换器包括功率开关管、整流开关管和变压器，所述功率开关管与所述变压器的初级侧绕组连接，所述整流开关管与所述变压器的次级侧绕组连接，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：控制功率开关管导通一段时间后关断；

步骤2：在所述功率开关管关断后，根据所述反激变换器的负载的大小控制整流开关管经第一延迟时间后导通，并在整流开关管导通一段时间后控制其关断，其中，所述第一延迟时间的长短根据所述负载的大小进行控制；

步骤2中，所述第一延迟时间的长短根据所述负载的大小进行控制，具体包括：

检测反映所述反激变换器的负载大小的电压信号，并将检测到的所述电压信号与一阈值比较；当所述电压信号大于或等于一阈值时，生成负载为重负载的判断结果，并根据所述判断结果与所述电压信号的大小来控制所述第一延迟时间的长短；当所述电压信号小于或等于一阈值时，生成负载为轻负载的判断结果，并根据所述判断结果与所述电压信号的大小来控制所述第一延迟时间的长短。

2.如权利要求1所述反激变换器的控制方法，其特征在于：步骤1中，根据反映所述反激变换器的负载大小的电压信号控制所述功率开关管导通时间的长度。

3.如权利要求1所述反激变换器的控制方法，其特征在于：步骤2中，当所述电压信号大于或等于一阈值时，生成负载为重负载的判断结果，则执行如下步骤S1；当所述电压信号小于所述阈值时，生成负载为轻负载的判断结果，则执行步骤如下S2；

步骤S1：根据所述判断结果与所述电压信号的大小以第一种函数关系控制所述第一延迟时间的长短，其中，第一种函数关系为所述第一延迟时间随所述电压信号减少保持不变或随电压信号的减少而增加；

步骤S2：根据所述判断结果与所述电压信号的大小以第二种函数关系来控制所述第一延迟时间的长短，其中，第二种函数关系为所述第一延迟时间随电压信号减少而增加。

4.如权利要求1所述反激变换器的控制方法，其特征在于：通过检测流过功率开关管的电流、流过整流单元的电流、负载电流、输出功率或反馈输出电压来获取反映所述反激变换器的负载大小的所述电压信号。

5.如权利要求1所述反激变换器的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括如下步骤：在所述整流开关管关断后经第二延迟时间后再次控制所述功率开关管导通。

6.如权利要求5所述反激变换器的控制方法，其特征在于：所述第二延迟时间的长度根据输入电压进行控制，当输入电压大于或等于一阈值时，所述第二延迟时间的长度为小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半的一个设定值；当所述输入电压小于所述阈值时，所述第二延迟时间的长度大于所述设定值且小于所述原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半。

7.如权利要求5所述反激变换器的控制方法，其特征在于，其中，还包括以下步骤：在所述功率开关管关断后且经所述第二延迟时间后检测所述功率开关管的漏源极电压，并将检测到的所述功率开关管的漏源极电压跟设定的第一阈值和第二阈值进行比较；

当所述功率开关管的漏源极电压低于第一阈值而高于第二阈值时，生成恰好ZVS的判定，则在下个循环中控制整流开关管导通时间不变；当所述功率开关管的漏源极电压低于第二阈值时，生成过ZVS的判定，则在下个周期中控制所述整流开关管导通时间，使得导通时间比上一个周期减少；当所述功率开关管的漏源极电压高于第一阈值时，生成欠ZVS的判定，则在下个周期中控制所述整流开关管导通时间，使得导通时间比上一个周期增加。

8.如权利要求7所述反激变换器的控制方法，其特征在于：所述第一阈值设定为小于(Vin-nVo)，其中，Vin为所述反激变换器电路的输入电压，n为所述反激变换器的初级侧绕组与次级侧绕组的匝数比，Vo为所述反激变换器的输出电压，所述第二阈值小于所述第一阈值。

9.如权利要求1所述反激变换器的控制方法，其特征在于，步骤2中，通过以下任意一种方法控制所述整流开关管导通：

方法一：将所述整流开关管中的整流电流从最大值减小到零的时间记为去磁时间，当所述第一延迟时间小于所述去磁时间时，则控制所述整流开关管在所述第一延迟时间结束时导通；

方法二：将所述整流开关管中的整流电流从最大值减小到零的时间记为去磁时间，当所述第一延迟时间大于所述去磁时间时，则控制所述整流开关管在所述第一延迟时间后且在所述整流开关管的漏源极电压的第一个波谷出现时导通；

方法三：将所述整流开关管中的整流电流从最大值减小到零的时间记为去磁时间，当所述第一延迟时间大于所述去磁时间且所述整流开关管的漏源极电压振荡幅值衰减到某一最小值时，则控制整流开关管在所述第一延迟时间结束的时刻导通。

10.一种反激变换器，其特征在于，包括：

变压器，配置为包括初级侧绕组和次级侧绕组；

功率开关管，配置为连接在所述初级侧绕组和接地端之间；

整流开关管，配置为连接所述次级侧绕组；

控制装置，配置为控制功率开关管导通一段时间后关断，并在所述功率开关管关断后，根据所述反激变换器的负载的大小控制整流开关管经第一延迟时间后导通，以及在整流开关管导通一段时间后控制其关断，其中，所述第一延迟时间的长短根据所述负载的大小进行控制；

控制装置设有负载检测电路，所述负载检测电路用于检测反映所述负载大小的电压信号并输送至控制装置，所述控制装置将所述电压信号与一阈值比较，当所述电压信号大于或等于所述阈值时，则控制所述第一延迟时间，使得当所述电压信号减少时所述第一延迟时间随保持不变或随所述电压信号的减少而增加；当所述电压信号小于所述阈值时，控制所述第一延迟时间，使得所述第一延迟时间随所述电压信号的减小而增加。

11.如权利要求10所述反激变换器，其特征在于：控制装置设有初级侧控制器、去磁检测电路、整流波谷检测电路以及计时比较电路；

所述去磁检测电路用于检测所述整流开关管的整流电流过零的时刻，并根据所述整流电流过零的时刻获取去磁时间，所述去磁时间为所述功率开关管关断到所述整流开关管的整流电流过零的时间；

所述整流波谷检测电路用于当所述第一延迟时间大于所述去磁时间时，在所述第一延迟时间结束后，检测所述整流开关管的漏源极间电压谐振的第一个波谷出现时刻或检测所述功率开关管的源漏电压的第一个波峰出现时刻，并产生触发信号；

所述计时比较电路用于将所述第一延迟时间与所述去磁时间进行比较并将比较结果输送至所述初级侧控制器，所述初级侧控制器根据结果控制所述整流开关管导通，当所述比较结果为所述第一延迟时间大于所述去磁时间时，所述初级侧控制器控制所述整流开关管在所述第一延迟时间后且接收到所述触发信号时导通；当所述比较结果为所述第一延迟时间小于所述去磁时间时，所述控制器控制整流开关管在所述第一延迟时间结束的时刻导通。

12.如权利要求10所述反激变换器，其特征在于，控制装置还配置为在所述整流开关管关断后经第二延迟时间后再次控制所述功率开关管导通。

13.如权利要求12所述反激变换器，其特征在于：控制装置设有输入电压检测电路，所述输入电压检测电路用于检测所述反激变换器的输入电压并输入至所述控制装置；所述控制装置将所述输入电压与阈值比较，当所述输入电压大于或等于阈值时，生成所述输入电压为高电压的判断结果，并根据所述判断结果控制所述第二延迟时间的长度为小于原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半的一个设定值；当所述输入电压小于所述阈值时，生成所述输入电压为低电压的判断结果，并根据所述判断结果控制所述第二延迟时间为大于所述设定值且小于所述原边励磁电感与原边寄生电容谐振周期的一半。

14.如权利要求10所述反激变换器，其特征在于：控制装置设有ZVS检测电路，所述ZVS检测电路用于检测所述功率开关管的漏源极电压；所述控制装置根据所述功率开关管的漏源极电压判断所述功率开关管ZVS实现情况并对所述整流开关管的导通时间长短进行控制，具体为：当所述功率开关管的漏源极电压低于第一阈值而高于第二阈值时，生成恰好ZVS的判定，则在下个周期中控制整流开关管导通时间不变；当所述功率开关管的漏源极电压低于第二阈值时，生成过ZVS的判定，则在下个周期中控制所述整流开关管导通时间比上一个周期减少；当所述功率开关管的漏源极电压高于第一阈值时，生成欠ZVS的判定，则在下个周期中控制所述整流开关管导通时间比上一个周期增加。

15.一种反激变换器的控制方法，其特征在于，包括：包含以下步骤：

步骤1：采集反映反激变换器的负载大小的电压信号；

步骤2：将所述电压信号与一阈值进行比较，当所述电压信号大于或等于阈值时，生成所述负载为重负载的判断结果，并执行如下步骤3；当所述电压信号小于所述阈值时，生成所述负载为轻负载的判断结果，并执行如下步骤4；

步骤3：根据所述判断结果与所述电压信号的大小以第一种函数关系控制在一个周期中功率开关管关闭到整流开关管导通之间的延迟时间的长短，其中，第一种函数关系为所述延迟时间随电压信号减少保持不变或随电压信号的减小而增加；

步骤4：根据所述判断结果与所述电压信号的大小以第二种函数关系来控制所述延迟时间的长短，其中，第二种函数关系为所述延迟时间随电压信号减少而增加。

16.一种反激变换器的控制装置，所述反激变换器包括变压器、功率开关管、整流开关管以及输出电容；所述功率开关管与所述变压器的初级侧绕组连接；所述整流开关管设有第一端和第二端，所述第一端与变压器的次级侧绕组连接，所述第二端与所述输出电容连接，其特征在于：所述控制装置根据所述反激变换器的输入电压以及负载大小，控制所述功率开关管导通一段时间后关断，在所述功率开关管关断后经受控的第一延迟时间后再控制所述整流开关管导通一段时间，在所述整流开关管关断后经受控的第二延迟时间后再控制所述功率开关管导通，其中，所述第一延迟时间的长短根据所述负载的大小进行控制；

所述第一延迟时间的长短根据所述负载的大小进行控制，具体包括：

检测反映所述反激变换器的负载大小的电压信号，并将检测到的所述电压信号与一阈值比较；当所述电压信号大于或等于一阈值时，生成负载为重负载的判断结果，并根据所述判断结果与所述电压信号的大小来控制所述第一延迟时间的长短；当所述电压信号小于或等于一阈值时，生成负载为轻负载的判断结果，并根据所述判断结果与所述电压信号的大小来控制所述第一延迟时间的长短。

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