CN113765365A - 一种开关电源的控制方法和开关电源 - Google Patents

一种开关电源的控制方法和开关电源 Download PDF

Info

Publication number
CN113765365A
CN113765365A CN202111051012.3A CN202111051012A CN113765365A CN 113765365 A CN113765365 A CN 113765365A CN 202111051012 A CN202111051012 A CN 202111051012A CN 113765365 A CN113765365 A CN 113765365A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching
power supply
voltage
control module
switching tube
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.)
Pending
Application number
CN202111051012.3A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
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.)
Liyuan Technology Co ltd
Original Assignee
Liyuan Technology 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 Liyuan Technology Co ltd filed Critical Liyuan Technology Co ltd
Priority to CN202111051012.3A priority Critical patent/CN113765365A/zh
Publication of CN113765365A publication Critical patent/CN113765365A/zh
Priority to PCT/CN2022/117528 priority patent/WO2023036176A1/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • 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
    • H02M3/33507—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 with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—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 with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种开关电源的控制方法和开关电源。控制方法包括：在开关电源高压启动后，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。本实施例降低了开关电源的开关损耗，并改善了开关电源的EMI特性。

Description

一种开关电源的控制方法和开关电源
技术领域
本发明实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关电源的控制方法和开关电源。
背景技术
在电源领域中，隔离开关电源的地位举足轻重。作为最常见的一种隔离开关电源，反激式AC-DC隔离开关电源广泛应用于手机、平板电脑及家用电器等电器设备的电源供电过程。
现有技术中，典型的反激式AC-DC隔离开关电源的初级开关损耗大，效率低，电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)大，因而限制了开关频率的提高，阻碍了开关电源的小型化。基于此，能够实现零电压开关切换的有源箝位反激设计应运而生。然而，相较于典型的反激式AC-DC隔离开关电源，有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源需要额外增加多个控制环节及相应的硬件电路结构，因而开关电源的结构趋于复杂，硬件成本和电源控制的复杂程度偏高。
发明内容
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，以降低开关电源的开关损耗，并改善开关电源的EMI特性。
第一方面，本发明实施例提供了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管、以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述控制方法包括：
在所述开关电源高压启动后，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，所述次级边控制模块获取所述次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；
当所述第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述次级边控制模块调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
可选地，所述开关电源还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路连接于所述辅助绕组和所述初级边控制模块的电压检测端之间；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启包括：当所述初级边控制模块通过所述第一分压电路检测到所述第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
可选地，所述开关电源还包括光电耦合器和第二分压电路，所述光电耦合器连接于所述次级边控制模块的电流驱动端口和光耦输出端口之间，所述第二分压电路连接于所述次级边绕组和所述次级边控制模块的输出电压检测端之间；
所述方法还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，所述次级边控制模块通过第二分压电路获取所述开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号；
所述光电耦合器根据所述光耦驱动信号，产生电流反馈信号；
所述初级边控制模块根据所述电流反馈信号调节所述第一开关管的电流峰值，进而实现所述开关电源的输出电压的稳定环路控制。
可选地，还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第一开关管的开关电流小于第二预设值时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管的开关电流保持在所述第二预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率，以调节所述开关电源的输出电压。
可选地，还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，所述次级边控制模块再次调节所述第二开关管以使所述第一连接点的电压波形归零。
可选地，所述开关电源还包括吸收电路，所述吸收电路并联于所述初级边绕组的两端；所述吸收电路包括相互串联的第五电阻和第一电容。
第二方面，本发明实施例还提供了一种开关电源，包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述初级边绕组用于在所述第一开关管导通时，存储能量；
所述次级边绕组用于在所述第二开关管导通时，产生输出电压；
所述第一开关管用于根据所述初级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述第二开关管用于根据所述次级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述初级边控制模块用于当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，控制所述第一开关管导通；还用于根据所述电流反馈信号调节所述第一开关管的电流峰值；还用于当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第一开关管的开关电流小于第二预设值时，控制所述第一开关管的开关电流保持在所述第二预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率；
所述次级边控制模块用于在所述开关电源高压启动后，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，获取所述次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；还用于当所述第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；还用于当所述开关电源的输出端负载发生改变时，通过第二分压电路获取所述开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号；还用于当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，再次调节所述第二开关管以使所述第一连接点的电压波形归零。
可选地，还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路包括第一电阻和第二电阻；
所述辅助绕组用于为所述初级边控制模块提供电能；
所述第一分压电路用于生成第一分压信号，以使所述初级边控制模块获取所述第一连接点的电压波形。
可选地，还包括光电耦合器和第二分压电路，所述第二分压电路包括第三电阻和第四电阻；
所述光电耦合器用于根据所述光耦驱动信号，产生电流反馈信号；
所述第二分压电路用于生成第二分压信号，以使所述次级边控制模块获取所述开关电源的输出电压。
可选地，还包括吸收电路，所述吸收电路包括相互串联的第五电阻和第一电容。
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，该方法包括：在开关电源高压启动后，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
与现有典型的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例未增加额外的控制环节及电路结构，因而未增加开关电源的电路成本和控制复杂程度。此外，典型的反激式AC-DC隔离开关电源无法实现零电压开关(Zero Voltage Switch，ZVS)，本发明实施例设置次级边控制模块获取第二连接点的电压波形，并调节第二开关管的截止电流；初级边控制模块在第一连接点的电压波形恰好归零时，控制第一开关管导通，最终实现了开关电源的ZVS，不仅降低了开关电源的开关损耗，还改善开关电源的EMI特性。
与现有有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例无需增加额外的控制环节及相应的硬件电路结构，因而电路结构简单，易于控制，且成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种开关电源的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种开关电源的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的另一种开关电源的控制方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种开关电源的波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种开关电源的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种开关电源的控制方法的流程图。本实施例可适用于具备典型的反激式AC-DC隔离开关电源结构的任意设备的电源供电场景，该方法可以但不限于由本发明实施例中的开关电源作为执行主体来执行，该执行主体可以采用软件和/或硬件的方式实现。其中，开关电源包括初级边绕组X1、次级边绕组X2、初级边控制模块K1、次级边控制模块K2、与初级边绕组X1连接的第一开关管M1、与次级边绕组X2连接的第二开关管M2、初级边绕组X1与第一开关管M1之间的第一连接点A和次级边绕组X2与第二开关管M2之间的第二连接点B。如图2所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤110，在开关电源高压启动后，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形。
其中，开关电源的高压启动方式可以是通过开关电源现有的高压启动电路从母线电压获取电能。第一预设值的设定方式可以是开关电源的初始设定，或者可以是用户自主设定。第二开关管M2的开关时间间隔是指第二开关管M2关断与导通之间的时间间隔。
可以理解的是，在开关电源高压启动后，开关电源将根据输出端负载的变化适应性改变输出电压；如果第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值，则说明现阶段的负载阻抗偏小，流过负载的电流较大，开关电源工作于重载状态。基于此，第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值是指，开关电源处于重载状态。
步骤120，当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
其中，第二开关管的截止电流是指第二开关管的关断电流，第二开关管M2的截止电流的调节过程可以是增大，或者可以是减小，或者可以是先增大后减小，或者可以是先减小后增大，或者可以是任一种反复震荡的调节过程。上述第二开关管M2的截止电流的调节过程可以根据开关电源的具体设置和参数选择适应性进行改变，本发明实施例对此不进行限制。
步骤130，当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
其中，由于本实施例提供的开关电源具备典型的反激式AC-DC隔离开关电源结构，因而第一开关管M1和第二开关管M2不能同时导通。
示例性地，参见图1，可以理解的是，第一开关管的关断过程如下：
初级边控制模块K1获取光电耦合器P的反馈信号，以生成用于控制第一开关管M1的源极对应于第一开关管M1的峰值电流的电压基准值，当第一开关管M1的源极的电压值达到电压基准值时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1关断。
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，该方法包括：在开关电源高压启动后，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
与现有典型的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例未增加额外的控制环节及电路结构，因而未增加开关电源的电路成本和控制复杂程度。此外，典型的反激式AC-DC隔离开关电源无法实现零电压开关(Zero Voltage Switch，ZVS)，本发明实施例设置次级边控制模块K2获取第二连接点B的电压波形，并调节第二开关管M2的截止电流；初级边控制模块K1在第一连接点A的电压波形恰好归零时，控制第一开关管M1导通，最终实现了开关电源的ZVS，不仅降低了开关电源的开关损耗，还改善开关电源的EMI特性。
与现有有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例无需增加额外的控制环节及相应的硬件电路结构，因而电路结构简单，易于控制，且成本较低。
图3是本发明实施例提供的另一种开关电源的控制方法的流程图。在上述方案的基础上，可选地，开关电源还包括辅助绕组X3和第一分压电路E1，第一分压电路E1连接于辅助绕组X3和初级边控制模块K1的电压检测端之间。
当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启包括：当初级边控制模块通过第一分压电路检测到第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
可选地，开关电源还包括光电耦合器P和第二分压电路E2，光电耦合器P连接于次级边控制模块K2的电流驱动端口和光耦输出端口之间，第二分压电路E2连接于次级边绕组X2和次级边控制模块K2的输出电压检测端之间。
开关电源的控制方法还包括：
当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块通过第二分压电路获取开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号。
光电耦合器根据光耦驱动信号，产生电流反馈信号。
初级边控制模块根据电流反馈信号调节第一开关管的电流峰值，进而实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。
如图3所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤210，在开关电源高压启动后，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形。
步骤220，当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
步骤230，当初级边控制模块通过第一分压电路检测到第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
其中，在典型的反激式AC-DC隔离开关电源的电路结构中，由于初级边控制模块K1的电压检测端未与第一连接点A直接连接，因而初级边控制模块K1无法直接获取第一连接点A的电压波形。
基于此，典型的反激式AC-DC隔离开关电源设置辅助绕组X3和第一分压电路E1，通过在辅助绕组X3和初级边控制模块K1的电压检测端之间连接第一分压电路E1，能够间接获取第一连接点A的电压波形。
示例性地，在其他实施例中，当初级边控制模块K1通过第一分压电路E1检测到第一连接点A的电压波形接近归零时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1导通，以实现初级边的零电压开启。
步骤240，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块通过第二分压电路获取开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号。
其中，可以理解的是，光耦驱动信号可以是任一电流信号，光耦驱动信号的具体电流大小与光电耦合器P的具体型号和结构参数相关，本发明实施例对此不进行限制。
步骤250，光电耦合器根据光耦驱动信号，产生电流反馈信号。
其中，可以理解的是，电流反馈信号可以是任一电流信号，电流反馈信号的具体数值与光电耦合器P的具体型号和结构参数相关，本发明实施例对此不进行限制。
步骤260，初级边控制模块根据电流反馈信号调节第一开关管的电流峰值，进而实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。
其中，可以理解的是，开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值是指，开关电源处于重载状态，且开关电源的输出端负载发生改变。此时，次级边控制模块K2需要控制初级边控制模块K1，以改变开关电源的输出电压，实现输出电压的可控调节。
基于此，首先，次级边控制模块K2通过连接于次级边绕组X2和次级边控制模块K2的输出电压检测端之间的第二分压电路E2直接计算出开关电源的输出电压，并对应生成光耦驱动信号，以驱动光电耦合器P。其次，光电耦合器P根据光耦驱动信号，产生电流反馈信号。最后，初级边控制模块K1根据电流反馈信号能够通过调节第一开关管M1的导通时间，以调整第一开关管M1的电流峰值，进而实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。
在上述实施例实现开关电源ZVS的基础上，本实施例能够在开关电源处于重载状态，且开关电源的输出端负载发生改变时，实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。与现有技术相比，本实施例的技术方案在不增加额外电路成本和控制复杂程度的前提下，降低了开关电源的开关损耗，改善了开关电源的EMI特性。
图4是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图。在上述方案的基础上，可选地，开关电源还包括吸收电路Q，吸收电路Q并联于初级边绕组X1的两端；吸收电路Q包括相互串联的第五电阻R5和第一电容C1。
可选地，控制方法还包括：
当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管的开关电流小于第二预设值时，初级边控制模块控制第一开关管的开关电流保持在第二预设值，并改变第一开关管的驱动信号的频率，以调节开关电源的输出电压。
可选地，控制方法还包括：
当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，次级边控制模块再次调节第二开关管以使第一连接点的电压波形归零。
如图4所示，该控制方法具体包括如下步骤：
步骤310，在开关电源高压启动后，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形。
步骤320，当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
步骤330，当初级边控制模块通过第一分压电路检测到第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
步骤340，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块通过第二分压电路获取开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号。
步骤350，光电耦合器根据光耦驱动信号，产生电流反馈信号。
步骤360，初级边控制模块根据电流反馈信号调节第一开关管的电流峰值，进而实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。
步骤370，当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管的开关电流小于第二预设值时，初级边控制模块控制第一开关管的开关电流保持在第二预设值，并改变第一开关管的驱动信号的频率，以调节开关电源的输出电压。
其中，第二预设值的设定方式可以是开关电源初始设定，或者可以是用户自主设定。
可以理解的是，开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于第二预设值是指，由于输出端负载发生改变，使得开关电源由重载状态转换为轻载状态。基于此，当开关电源转换为轻载状态时，初级边控制模块K1通过控制第一开关管M1的开关电流保持在第二预设值，并根据光电耦合器P反馈的信号改变第一开关管M1的驱动信号频率对开关电源的输出电压进行调节，即通过频率调节方式实现了开关电源的效率最优化。
示例性地，步骤370可以具体通过以下方式得以实现：
当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于第二预设值时，初级边控制模块K1基于适当的防抖动阀值控制第一开关管M1的开关电流保持在第二预设值附近，进而使第一开关管M1的峰值电流和源极基准电压处于稳态。之后，初级边控制模块K1根据此时的光电耦合器P的反馈信号适应性改变第一开关管M1开启的时间间隔，以频率调节的方式调整开关电源的输出电压。
步骤380，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块再次调节第二开关管以使第一连接点的电压波形归零。
其中，开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值是指，由于输出端负载发生改变，使得第二开关管M2的开关时间间隔由大于第一预设值变换为等于或小于第一预设值，开关电源由轻载状态转换为重载状态。可以理解的是，此时，次级边控制模块K2需要重复步骤310～320，以再次调节第一连接点A的电压波形归零。
综上，在上述实施例实现重载状态下的开关电源ZVS，且开关电源的输出电压保持稳态的基础上，当开关电源由重载状态转换为轻载状态时，本实施例能够通过频率调节方式实现轻载状态下的开关电源的效率最优化。此外，当开关电源由轻载状态转换为重载状态时，本实施例能够再次调节第一连接点A的电压波形归零，实现开关电源ZVS。与现有技术相比，本实施例的技术方案在不增加额外电路成本和控制复杂程度的前提下，能够根据开关电源的输出端负载变化实现轻载频率调节方式与重载ZVS方式的实时转换，不仅降低了开关电源的开关损耗，还改善了开关电源的EMI特性。
继续参见图1，开关电源包括初级边绕组X1、次级边绕组X2、初级边控制模块K1、次级边控制模块K2、与初级边绕组X1连接的第一开关管M1、与次级边绕组X2连接的第二开关管M2、初级边绕组X1与第一开关管M1之间的第一连接点A和次级边绕组X2与第二开关管M2之间的第二连接点B。
初级边绕组X1用于在第一开关管M1导通时，存储能量。
次级边绕组X2用于在第二开关管M2导通时，产生输出电压。
第一开关管M1用于根据初级边控制模块K1产生的驱动信号导通或者关断。
第二开关管M2用于根据次级边控制模块K2产生的驱动信号导通或者关断。
初级边控制模块K1用于当第一连接点A的电压波形恰好归零时，控制第一开关管M1导通；还用于根据电流反馈信号调节第一开关管M1的电流峰值；还用于当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于第二预设值时，控制第一开关管M1的开关电流保持在第二预设值，并改变第一开关管M1的驱动信号的频率；
次级边控制模块K2用于在开关电源高压启动后，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，获取次级边绕组X2与第二开关管M2之间的第二连接点B的电压波形；还用于当第二连接点B的电压波形未实现零电压切换时，调节第二开关管M2的截止电流，直至初级边绕组X1与第一开关管M1之间的第一连接点A的电压波形恰好归零；还用于当开关电源的输出端负载发生改变时，通过第二分压电路E2获取开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号；还用于当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，再次调节第二开关管M2以使第一连接点A的电压波形归零。
第一连接点A用于提供第一开关管M1与初级边绕组X1的连接端的电压波形。
第二连接点B用于提供第二开关管M2与次级边绕组X2的连接端的电压波形。
其中，示例性地，第一开关管M1和第二开关管M2可以但不限于是金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。可以理解的是，第一开关管M1和第二开关管M2的具体类别选择和结构参数与拟取得的供电效果相关，本发明实施例对此不进行限制。
可知地，初级边控制模块K1还可以用于当第一连接点A的电压波形接近归零时，控制第一开关管M1导通。
可以理解的是，次级边控制模块K2还用于当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，再次调节第二开关管M2以使第一连接点A的电压波形归零是指，次级边控制模块K2还用于当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔由大于第一预设值变换为等于或小于第一预设值时，再次调节第二开关管M2以使第一连接点A的电压波形归零。
可选地，开关电源还包括辅助绕组X3和第一分压电路E1，第一分压电路E1包括第一电阻R1和第二电阻R2。
辅助绕组X3用于为初级边控制模块K1提供电能。
第一分压电路E1用于生成第一分压信号，以使初级边控制模块K1获取第一连接点A的电压波形。
可选地，开关电源还包括光电耦合器P和第二分压电路E2，第二分压电路E2包括第三电阻R3和第四电阻R4。
光电耦合器P用于根据光耦驱动信号，产生电流反馈信号。
第二分压电路E2用于生成第二分压信号，以使次级边控制模块K2获取开关电源的输出电压。
可选地，开关电源还包括吸收电路Q，吸收电路Q包括相互串联的第五电阻R5和第一电容C1。
其中，可以理解的是，相较于现有技术广泛采用的由电阻、电容和二极管组成的箝位吸收电路，本发明实施例所提供的吸收电路Q能够实现更为简易的箝位吸收功能，并进一步降低了开关电源的硬件成本，优化了系统的开关损耗，改善了开关电源的电磁干扰特性。
需要说明的是，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5可以是任意一种电阻，上述电阻的种类和具体参数可以根据开关电源拟取得的供电效果进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，上述电阻均可以是贴片电阻。
还需要说明的是，第一电容C1可以是任意一种电容，该电容的种类和具体参数可以根据开关电源拟取得的供电效果进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，第一电容C1可以是云母电容。
此外，本发明实施例所提供的基于典型的反激式AC-DC隔离开关电源拓扑的开关电源的电路元件连接关系如图1所示，在此不再进行赘述。
继续参见图1，开关电源的工作过程如下：
首先，在开关电源高压启动后，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块K2获取第二连接点B的电压波形。其次，当第二连接点B的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块K2调节第二开关管M2的截止电流，直至初级边绕组X1与第一开关管M1之间的第一连接点A的电压波形恰好归零。复次，当第一连接点A的电压波形恰好归零时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1导通，以实现初级边的零电压开启。再次，初级边控制模块K1获取光电耦合器P的反馈信号，以生成用于控制第一开关管M1的源极对应于第一开关管M1的峰值电流的电压基准值，当第一开关管M1的源极的电压值达到电压基准值时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1关断。再次，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，次级边控制模块K2通过第二分压电路E2获取开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号。再次，光电耦合器P根据光耦驱动信号，产生电流反馈信号。再次，初级边控制模块K1根据电流反馈信号调节第一开关管M1的电流峰值，进而实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。再次，当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于第二预设值时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1的开关电流保持在第二预设值，并改变第一开关管M1的驱动信号的频率，以调节开关电源的输出电压。最后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，次级边控制模块K2再次调节第二开关管M2以使第一连接点A的电压波形归零。
需要说明的是，本发明实施例中的次级边控制模块K2可以在内部集成典型的431基准模块，或者可以采用外置的431基准模块，以实现开关电源的输出电压与431基准模块提供的模块基准电压的比较，进而生成光耦驱动信号。
图5是本发明实施例提供的一种开关电源的波形示意图。参见上述开关电源的工作过程及图5，可知地，当第一连接点A的电压VA的波形恰好归零时，第二连接点B的电压VB的波形恰好归高，第三连接点Z的电压VZ的波形恰好归低。此外，当第二开关管M2关断时，第二开关管M2的开关电流IS达到截止电流IS_min。本发明实施例能够实现重载状态下的开关电源ZVS，在开关电源的输出电压保持稳态的基础上，当开关电源由重载状态转换为轻载状态时，本实施例能够通过频率调节方式实现轻载状态下的开关电源的效率最优化。此外，当开关电源由轻载状态转换为重载状态时，本实施例能够再次调节第一连接点的电压波形归零，实现开关电源ZVS。
与现有技术相比，本实施例的技术方案在不增加额外电路成本和控制复杂程度的前提下，能够根据开关电源的输出端负载变化实现轻载频率调节方式与重载ZVS方式的实时转换，不仅降低了开关电源的开关损耗，还改善了开关电源的EMI特性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种开关电源的控制方法，其特征在于，所述开关电源包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管、以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述控制方法包括：
在所述开关电源高压启动后，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，所述次级边控制模块获取所述次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；
当所述第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述次级边控制模块调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关电源还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路连接于所述辅助绕组和所述初级边控制模块的电压检测端之间；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启包括：当所述初级边控制模块通过所述第一分压电路检测到所述第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述开关电源还包括光电耦合器和第二分压电路，所述光电耦合器连接于所述次级边控制模块的电流驱动端口和光耦输出端口之间，所述第二分压电路连接于所述次级边绕组和所述次级边控制模块的输出电压检测端之间；
所述方法还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，所述次级边控制模块通过第二分压电路获取所述开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号；
所述光电耦合器根据所述光耦驱动信号，产生电流反馈信号；
所述初级边控制模块根据所述电流反馈信号调节所述第一开关管的电流峰值，进而实现所述开关电源的输出电压的稳定环路控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第一开关管的开关电流小于第二预设值时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管的开关电流保持在所述第二预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率，以调节所述开关电源的输出电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，所述次级边控制模块再次调节所述第二开关管以使所述第一连接点的电压波形归零。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述开关电源还包括吸收电路，所述吸收电路并联于所述初级边绕组的两端；所述吸收电路包括相互串联的第五电阻和第一电容。
7.一种开关电源，其特征在于，包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述初级边绕组用于在所述第一开关管导通时，存储能量；
所述次级边绕组用于在所述第二开关管导通时，产生输出电压；
所述第一开关管用于根据所述初级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述第二开关管用于根据所述次级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述初级边控制模块用于当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，控制所述第一开关管导通；还用于根据所述电流反馈信号调节所述第一开关管的电流峰值；还用于当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第一开关管的开关电流小于第二预设值时，控制所述第一开关管的开关电流保持在所述第二预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率；
所述次级边控制模块用于在所述开关电源高压启动后，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于第一预设值时，获取所述次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形；还用于当所述第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；还用于当所述开关电源的输出端负载发生改变时，通过第二分压电路获取所述开关电源的输出电压，并生成光耦驱动信号；还用于当所述开关电源的输出端负载发生改变，且所述第二开关管的开关时间间隔等于或小于所述第一预设值时，再次调节所述第二开关管以使所述第一连接点的电压波形归零。
8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路包括第一电阻和第二电阻；
所述辅助绕组用于为所述初级边控制模块提供电能；
所述第一分压电路用于生成第一分压信号，以使所述初级边控制模块获取所述第一连接点的电压波形。
9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，还包括光电耦合器和第二分压电路，所述第二分压电路包括第三电阻和第四电阻；
所述光电耦合器用于根据所述光耦驱动信号，产生电流反馈信号；
所述第二分压电路用于生成第二分压信号，以使所述次级边控制模块获取所述开关电源的输出电压。
10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，还包括吸收电路，所述吸收电路包括相互串联的第五电阻和第一电容。
CN202111051012.3A 2021-09-08 2021-09-08 一种开关电源的控制方法和开关电源 Pending CN113765365A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111051012.3A CN113765365A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种开关电源的控制方法和开关电源
PCT/CN2022/117528 WO2023036176A1 (zh) 2021-09-08 2022-09-07 开关电源的控制方法和开关电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111051012.3A CN113765365A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种开关电源的控制方法和开关电源

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113765365A true CN113765365A (zh) 2021-12-07

Family

ID=78793944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111051012.3A Pending CN113765365A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种开关电源的控制方法和开关电源

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113765365A (zh)
WO (1) WO2023036176A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023036176A1 (zh) * 2021-09-08 2023-03-16 力源科技有限公司 开关电源的控制方法和开关电源

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9825531B2 (en) * 2013-07-10 2017-11-21 Infineon Technologies Austria Ag Post-regulated flyback converter with variable output stage
CN103746566B (zh) * 2014-01-21 2016-09-07 成都芯源系统有限公司 原边控制的开关电源及其控制方法
CN105529791B (zh) * 2014-09-28 2018-06-22 比亚迪股份有限公司 基于次级控制的充电系统及其次级控制装置
CN105529799B (zh) * 2014-09-28 2018-12-21 比亚迪股份有限公司 基于次级控制的充电系统及其次级控制装置
CN212677084U (zh) * 2020-04-10 2021-03-09 杭州士兰微电子股份有限公司 反激式变换器及其控制电路
CN112134443B (zh) * 2020-09-17 2021-09-07 西安交通大学 一种基于临界导通模式的软开关实现及自适应控制方法
CN113765365A (zh) * 2021-09-08 2021-12-07 力源科技有限公司 一种开关电源的控制方法和开关电源

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023036176A1 (zh) * 2021-09-08 2023-03-16 力源科技有限公司 开关电源的控制方法和开关电源

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023036176A1 (zh) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11750101B2 (en) Resonant converter
CN105917565B (zh) 用于实现谐振转换器高效率的装置和方法
US10587201B1 (en) Method for controlling smooth switching of operation direction of bidirectional resonant CLLC circuit
US20160181925A1 (en) Bidirectional dc-dc converter
CN107546959B (zh) 一种开关电源、电子设备及开关电源控制方法
US12119753B2 (en) DC/DC converter and method for controlling output voltage thereof
CN115360888B (zh) 一种应用于激光泵浦的恒流驱动电路及驱动方法
CN111697799B (zh) 一种无线充电系统及其逆变器的零电压开关控制方法
US20230353057A1 (en) Charger
WO2022000217A1 (zh) 一种谐振变换器及电压转换方法
US20230283172A1 (en) Resonant tank circuit, wide voltage input/output power supply, and electronic device
WO2015120689A1 (zh) 一种dc-dc转换电路及方法
CN110719035A (zh) 单级dab-llc混合型双向dc-dc变换器的拓扑结构
WO2024060728A1 (zh) 双向功率变换装置及其控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质
CN114499146A (zh) 一种适用于谐振变换器的闭环软启动控制系统
CN112087140A (zh) 一种多模式自动切换的两级谐振dc-dc转换器
WO2023036176A1 (zh) 开关电源的控制方法和开关电源
WO2023078362A1 (zh) 开关电源的控制方法和开关电源
CN214154342U (zh) 一种磁隔离宽范围输入稳压电路
CN210629356U (zh) 一种llc电源控制电路和电源控制装置
CN108768178B (zh) 一种宽电压输入的llc谐振半桥电路
CN216122214U (zh) Dc-dc激光恒流驱动模组及其组成的可并联输出驱动源
CN113890314B (zh) 一种开关电源的控制方法和开关电源
CN108683339B (zh) 一种提高llc谐振电路电压输入范围的方法
CN111355379B (zh) 一种控制电路、控制方法、芯片及反激式变换器

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