CN113890314B - 一种开关电源的控制方法和开关电源 - Google Patents

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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：开关电源启动后，控制模块获取第一开关管与滤波电感之间的连接点的电压波形；当连接点的电压波形未实现零电压切换时，控制模块调节第二开关管的截止电流，直至连接点的电压波形恰好归高；当连接点的电压波形恰好归高时，控制模块控制第一开关管导通，以实现第一开关管的零电压开启。本发明实施例在不增加开关电源硬件成本的前提下，降低了开关电源的开关损耗，有效改善了开关电源的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，非隔离开关电源兼具电路简单、成本低廉和空间要求低等诸多优势，基于降压、升压以及升降压等基本架构的非隔离开关电源在手机、平板电脑和家用电器等电器设备的供电过程中应用广泛。
目前，现有基本架构的非隔离开关电源开关损耗过大，效率较低，电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)程度偏高，因而严重限制了电源开关频率的提高，阻碍了开关电源的小型化。基于此，能够实现零电压开关(Zero Voltage Switch，ZVS)的非隔离开关电源设计应运而生。然而，与基本架构的非隔离开关电源相比，可实现ZVS的非隔离开关电源需要额外增加数个关键控制环节以及相应的硬件电路结构，基于ZVS设计思路的开关电源的电路结构趋于复杂，不仅提高了开关电源的硬件成本，还增加了电源的控制难度。
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，以在不增加开关电源硬件成本的前提下，降低开关电源的开关损耗，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，所述开关电源包括第一开关管、第二开关管、滤波电感以及控制模块；其中，所述第一开关管连接于电压输入端和所述滤波电感之间，所述第二开关管连接于所述第一开关管和接地端之间，所述滤波电感连接于所述第一开关管和所述开关电源的电压输出端之间，所述控制模块用于控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或者关断；
所述控制方法包括：
所述开关电源启动后，所述控制模块获取所述第一开关管与所述滤波电感之间的连接点的电压波形；
当所述连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述控制模块调节所述第二开关管的截止电流，直至所述连接点的电压波形恰好归高；
当所述连接点的电压波形恰好归高时，所述控制模块控制所述第一开关管导通，以实现所述第一开关管的零电压开启。
可选地，所述开关电源还包括分压电路，所述分压电路连接于所述滤波电感和所述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，且所述第一开关管的开关电流大于第一预设值时，根据所述开关电源的输出电压，所述控制模块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，在实现所述开关电源的输出电压的稳定环路控制之后还包括：
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或等于所述第一预设值时，所述控制模块控制所述第一开关管的开关电流保持在所述第一预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节所述开关电源的输出电压。
可选地，在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压之后还包括：
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过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，所述控制模块再次进入重载ZVS模式，调节所述第一开关管的峰值电流。
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第二开关管的两端；所述吸收电路包括相互串联的第一电阻和第一电容。
可选地，所述分压电路包括相互串联的第二电阻和第三电阻。
第二方面，本发明实施例还提供了一种开关电源，包括第一开关管、第二开关管、滤波电感以及控制模块；
所述第一开关管用于根据所述控制模块产生的所述主驱动信号导通或者关断；
所述第二开关管用于根据所述控制模块产生的同步驱动信号导通或者关断；
所述滤波电感用于平滑所述开关电源的输出电流；
所述控制模块用于在所述开关电源启动后，获取所述第一开关管与所述滤波电感之间的连接点的电压波形；还用于当所述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，直至所述连接点的电压波形恰好归高；还用于当所述连接点的电压波形恰好归高时，控制所述第一开关管导通，以实现所述第一开关管的零电压开启；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大于第一预设值时，根据所述开关电源的输出电压，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；还用于在实现所述开关电源的输出电压的稳定环路控制之后，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或等于所述第一预设值时，控制所述第一开关管的开关电流保持在所述第一预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节所述开关电源的输出电压；还用于在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压之后，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过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，再次进入重载ZVS模式，调节所述第一开关管的峰值电流。
可选地，还包括分压电路，所述分压电路用于生成分压信号，以使所述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一电阻和第一电容；所述吸收电路用于优化系统开关损耗，降低开关管的电压和/或电流尖峰，以及改善所述开关电源的电磁干扰特性。
可选地，所述分压电路包括相互串联的第二电阻和第三电阻。
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，控制方法包括：开关电源启动后，控制模块获取第一开关管与滤波电感之间的连接点的电压波形；当连接点的电压波形未实现零电压切换时，控制模块调节第二开关管的截止电流，直至连接点的电压波形恰好归高，以实现第一开关管的零电压开启。
与现有基本架构的非隔离开关电源相比，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，基本架构的非隔离同步开关电源的现有控制方法难以实现ZVS，开关损耗大，效率低，EMI程度高，而本发明实施例在第一开关管与滤波电感之间连接点的电压波形未实现零电压切换时，通过设置控制模块调节第二开关管的截止电流，并在连接点的电压波形恰好归高时，控制第一开关管导通，最终实现了开关电源的ZVS，不仅能够降低开关电源的开关损耗，还能改善开关电源的EMI特性。
与现有基于ZVS设计思路的非隔离开关电源相比，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，成本低廉。
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又一种开关电源的控制方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种重载ZVS模式下开关电源的波形示意图；
图7是本发明实施例提供的一种轻载ZVS模式下开关电源的波形示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种开关电源的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的另一种重载ZVS模式下开关电源的波形示意图；
图10是本发明实施例提供的另一种轻载ZVS模式下开关电源的波形示意图；
图11是本发明实施例提供的又一种开关电源的结构示意图。
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。本发明实施例可适用于具备降压、升压以及升降压等基本架构的非隔离同步开关电源结构的任意设备的电源供电场景，该控制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。
可知地，图1示例性示出了降压架构的非隔离开关电源的结构，不作为对本发明实施例的限定。参见图1，开关电源包括第一开关管M1、第二开关管M2、滤波电感L以及控制模块IC。第一开关管M1连接于电压输入端和滤波电感L之间，第二开关管M2连接于第一开关管M1和接地端之间，滤波电感L连接于第一开关管M1和开关电源的电压输出端之间，控制模块IC用于控制第一开关管M1和第二开关管M2导通或者关断。如图2所示，该控制方法具体包括如下步骤：
S110、开关电源启动后，控制模块获取第一开关管与滤波电感之间的连接点的电压波形。
S120、当连接点的电压波形未实现零电压切换时，控制模块调节第二开关管的截止电流，直至连接点的电压波形恰好归高。
其中，第二开关管M2的截止电流是指第二开关管M2的关断电流。可知地，连接点SW的电压波形未实现零电压切换意味着开关电源未实现ZVS。此时，开关电源的开关损耗偏大，效率较低且EMI严重。
控制模块IC对第二开关管M2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。可以理解的是，上述第二开关管M2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。
可以理解的是，连接点SW的电压波形恰好归高是指，连接点SW的电压波形恰好恢复到输入电压Vin的高电平状态，此时，第一开关管M1源极与漏极间的电压差为零。
S130、当连接点的电压波形恰好归高时，控制模块控制第一开关管导通，以实现第一开关管的零电压开启。
其中，当连接点SW的电压波形恰好归高意味着开关电源能够在该时刻刚好实现ZVS。基于此，本发明实施例通过设置控制模块IC在连接点SW的电压波形恰好归高的时刻，恰好控制第一开关管M1导通，进而实现了第一开关管M1的零电压开启。
可以理解的是，由于本实施例提供的开关电源具备降压架构的非隔离开关电源结构，因而第一开关管M1和第二开关管M2不能同时导通。因此，当控制模块IC控制第一开关管M1导通时，第二开关管M2关断。
示例性地，继续参见图1，可以理解的是，第一开关管M1的关断过程如下：
控制模块IC获取第一开关管M1的源极与漏极之间的电压差值，也即输入电压与连接点SW电压的差值，当该差值达到预设电压基准值时，控制模块IC控制第一开关管M1关断。可以理解的是，预设电压基准值对应于第一开关管M1的峰值电流，也即滤波电感L的峰值电流。
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，控制方法包括：开关电源启动后，控制模块IC获取第一开关管M1与滤波电感L之间的连接点SW的电压波形；当连接点SW的电压波形未实现零电压切换时，控制模块IC调节第二开关管M2的截止电流，直至连接点SW的电压波形恰好归高；当连接点SW的电压波形恰好归高时，控制模块IC控制第一开关管M1导通，以实现第一开关管M1的零电压开启。
与现有基本架构的非隔离开关电源相比，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，基本架构的非隔离同步开关电源的现有控制方法难以实现ZVS，开关损耗大，效率低，EMI程度高，而本发明实施例在第一开关管M1与滤波电感L之间连接点SW的电压波形未实现零电压切换时，通过设置控制模块IC调节第二开关管M2的截止电流，并在连接点SW的电压波形恰好归高时，控制第一开关管M1导通，最终实现了开关电源的ZVS，不仅能够降低开关电源的开关损耗，还能改善开关电源的EMI特性。
与现有基于ZVS设计思路的非隔离开关电源相比，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，成本低廉。
在上述实施例的基础上，以下对重载情况下开关电源输出电压Vout的调节方法进行说明，但不作为对本发明的限定。继续参见图1，开关电源还包括分压电路E，分压电路E连接于滤波电感L和控制模块IC的输出电压检测端之间。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。如图3所示，本实施例提供的开关电源的控制方法具体包括如下步骤：
S210、开关电源启动后，控制模块获取第一开关管与滤波电感之间的连接点的电压波形。
S220、当连接点的电压波形未实现零电压切换时，控制模块调节第二开关管的截止电流，直至连接点的电压波形恰好归高。
S230、当连接点的电压波形恰好归高时，控制模块控制第一开关管导通，以实现第一开关管的零电压开启。
其中，第一开关管M1的零电压开启状态可以对应于开关电源的零电压开启。可以理解的是，在调节第二开关管M2的截止电流过程中，当控制模块IC检测到连接点SW电压波形的峰值接近归高时，控制模块IC控制第一开关管M1导通，逐步实现开关电源的零电压开启。
S240、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大于第一预设值时，根据开关电源的输出电压，控制模块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，第一预设值是某一电流值，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。
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Vout的稳定环路控制，即开关电源的重载ZVS模式。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，有效改善了开关电源的EMI特性。
在上述实施例的基础上，以下对重载转换为轻载情况下开关电源的控制方法进行说明，但不作为对本发明的限定。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。如图4所示，本实施例提供的开关电源的控制方法具体包括如下步骤：
S310、开关电源启动后，控制模块获取第一开关管与滤波电感之间的连接点的电压波形。
S320、当连接点的电压波形未实现零电压切换时，控制模块调节第二开关管的截止电流，直至连接点的电压波形恰好归高。
S330、当连接点的电压波形恰好归高时，控制模块控制第一开关管导通，以实现第一开关管的零电压开启。
S340、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大于第一预设值时，根据开关电源的输出电压，控制模块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。
S350、在实现开关电源的输出电压的稳定环路控制之后，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或等于第一预设值时，控制模块控制第一开关管的开关电流保持在第一预设值，并改变第一开关管的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压。
其中，第一开关管的驱动信号用于控制第一开关管M1导通或关断。示例性地，该驱动信号可以是任一种脉冲宽度或频率调制信号。
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的开关电流小于或等于第一预设值是指，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，控制模块IC使得第一开关管M1的开关电流保持在第一预设值，通过改变第一开关管M1的驱动信号频率对开关电源的输出电压Vout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，S350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的开关电流小于或等于第一预设值时，控制模块IC基于适当的防抖动阀值使得第一开关管M1的开关电流保持在第一预设值附近，进而控制第一开关管M1的峰值电流处于稳态。之后，控制模块IC通过适应性改变第一开关管M1开启的时间间隔，以频率调节的轻载ZVS方式调整开关电源的输出电压Vout。
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Vout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ZVS模式下开关电源的效率最优化。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ZVS方式与重载ZVS方式的实时转换，不仅有效降低了开关电源的开关损耗，还有利于改善了开关电源的EMI特性。
在上述实施例的基础上，以下对由重载变换至轻载状态后，再次转换为重载情况下的开关电源的控制方法进行说明，但不作为对本发明的限定。继续参见图1，开关电源还包括吸收电路Q，吸收电路Q并联于第二开关管M2的两端，吸收电路Q包括相互串联的第一电阻R1和第一电容C1；分压电路E包括相互串联的第二电阻R2和第三电阻R3。图5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。如图5所示，本实施例提供的开关电源的控制方法具体包括如下步骤：
S410、开关电源启动后，控制模块获取第一开关管与滤波电感之间的连接点的电压波形。
S420、当连接点的电压波形未实现零电压切换时，控制模块调节第二开关管的截止电流，直至连接点的电压波形恰好归高。
S430、当连接点的电压波形恰好归高时，控制模块控制第一开关管导通，以实现第一开关管的零电压开启。
S440、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大于第一预设值时，根据开关电源的输出电压，控制模块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。
S450、在实现开关电源的输出电压的稳定环路控制之后，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或等于第一预设值时，控制模块控制第一开关管的开关电流保持在第一预设值，并改变第一开关管的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压。
S460、在调节开关电源的输出电压之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，控制模块再次进入重载ZVS模式，调节第一开关管的峰值电流。
其中，开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值是指，由于输出端负载发生改变，使得第二开关管M2的过零关断和开启之间的时间间隔由大于第二预设值变换为等于或小于第二预设值，开关电源由轻载状态再次转换为重载状态。可以理解的是，此时，控制模块IC需要重复S420～S440，以实现重载ZVS调节。
综上所述，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Vout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ZVS状态下开关电源的效率最优化。此外，当开关电源由轻载状态再次转换为重载状态时，本实施例能够通过调节第一开关管M1的峰值电流再次实现开关电源的重载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ZVS频率调节方式与重载ZVS峰值电流调节方式的实时转换，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，开关电源包括第一开关管M1、第二开关管M2、滤波电感L以及控制模块IC。第一开关管M1用于根据控制模块IC产生的主驱动信号导通或者关断。第二开关管M2用于根据控制模块IC产生的同步驱动信号导通或者关断。滤波电感L用于平滑开关电源的输出电流。
控制模块IC用于在开关电源启动后，获取第一开关管M1与滤波电感L之间的连接点SW的电压波形；还用于当连接点SW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，直至连接点SW的电压波形恰好归高；还用于当连接点SW的电压波形恰好归高时，控制第一开关管M1导通，以实现第一开关管M1的零电压开启；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的开关电流大于第一预设值时，根据开关电源的输出电压Vout，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Vout的稳定环路控制；还用于在实现开关电源的输出电压Vout的稳定环路控制之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于或等于第一预设值时，控制第一开关管M1的开关电流保持在第一预设值，并改变第一开关管M1的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压Vout；还用于在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，再次进入重载ZVS模式，调节第一开关管M1的峰值电流。
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，控制模块IC还可以用于在开关电源启动后，当连接点SW的电压波形峰值接近归高时，控制第一开关管M1导通。
可以理解的是，在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管的过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，再次进入重载ZVS模式，调节第一开关管的峰值电流是指，在调节开关电源的输出电压Vout之后，控制模块IC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的过零关断和开启之间的时间间隔由大于第二预设值变换为等于或小于第二预设值时，再次进入重载ZVS模式，调节第一开关管M1的峰值电流。
可选地，开关电源还包括分压电路E，分压电路E用于生成分压信号，以使控制模块IC获取开关电源的输出电压Vout。
可选地，分压电路E包括相互串联的第二电阻R2和第三电阻R3。
可选地，开关电源还包括吸收电路Q，吸收电路Q包括相互串联的第一电阻R1和第一电容C1。吸收电路Q用于优化系统开关损耗，降低开关管的电压和/或电流尖峰，以及改善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和第三电阻R3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降压结构拓扑非隔离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。可以理解的是，图1中的Vin表示开关电源的输入电压，Iin表示流过滤波电感的电流。
继续参见图1，示例性地，开关电源的工作过程如下：
首先，开关电源启动后，控制模块IC获取连接点SW的电压波形。其次，当连接点SW的电压波形未实现零电压切换时，控制模块IC调节第二开关管M2的截止电流，直至连接点SW的电压波形恰好归高。复次，当连接点SW的电压波形恰好归高时，控制模块IC控制第一开关管M1导通，以实现第一开关管M1的零电压开启。再次，当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流大于第一预设值时，根据开关电源的输出电压Vout，控制模块IC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Vout的稳定环路控制。再次，在实现开关电源的输出电压Vout的稳定环路控制之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于或等于第一预设值时，控制模块IC基于适当的防抖动阀值使得第一开关管M1的开关电流保持在第一预设值附近，并改变第一开关管M1的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压Vout。最后，在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压Vout之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第二开关管M2的过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，控制模块IC再次进入重载ZVS模式，调节第一开关管M1的峰值电流。
示例性地，本发明实施例中的控制模块IC可以在内部集成典型的电压基准模块，或者可以采用外置的电压基准模块，以实现开关电源的输出电压Vout与电压基准模块提供的模块基准电压的比较，进而实现不同状态下开关电源输出电压Vout的可控调节。
图6是本发明实施例提供的一种重载ZVS模式下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6，可知地，当连接点SW的电压VSW的波形恰好归高时，第一开关管M1导通，第二开关管M2处于关断状态。此外，当第二开关管M2的开关电流IS达到截止电流IS_min时，第二开关管M2关断。
图7是本发明实施例提供的一种轻载ZVS模式下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7，具体地，在轻载ZVS模式下，控制模块IC根据分压电路E反馈的电压信号对第一开关管M1驱动信号的频率，或者第一开关管M1开启或关断的时间间隔进行调节，当M1驱动信号的频率，或者M1开启或关断的时间间隔满足预设值要求时，控制模块IC开启第二开关管M2，并调节第二开关管M2的截止电流IS_min，使得连接点SW的电压波形恰好归高；当SW的电压波形恰好归高时，控制模块IC开启第一开关管M1，当第一开关管M1的开关电流达到第一预设值，或者基于某一防抖阈值使第一开关管M1的开关电流到达第一预设值附近时，第一开关管M1关断，第二开关管M2开启；之后，当第二开关管M2的开关电流IS处于电流过零点时，第二开关管M2关断，至此，本实施例完成了轻载ZVS模式的一个周期，并等待下一频率或者开关时间间隔满足时刻的到来。
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Vout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ZVS状态下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，本实施例能够再次进入重载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ZVS频率调节方式与重载ZVS峰值电流调节方式的实时转换，不仅有效降低了开关电源的开关损耗，还有利于改善开关电源的EMI特性。
需要说明的是，本发明实施例可以但不限于采用轻载ZVS模式对开关电源的输出电压Vout进行调节。示例性地，在实现开关电源的输出电压的稳定环路控制之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第一开关管M1的开关电流小于或等于第一预设值时，控制模块IC控制第一开关管M1的开关电流保持在第一预设值，并采用常用的非零电压开启方式，在连接点SW的电压波形无归高过程的情况下，改变第一开关管M1的驱动信号频率，实现对开关电源输出电压Vout的调节。具体地，当第一开关管M1的驱动信号频率，或者开启或关断的时间间隔满足频率或时间间隔要求时，控制模块IC开启第一开关管M1；当第一开关管M1的开关电流达到第一预设值，或者基于某一预设防抖阈值使得第一开关管M1的开关电流到达第一预设值附近时，第一开关管M1关断，第二开关管M2开启；之后，当第二开关管M2的开关电流IS处于电流过零点时，第二开关管M2关断。至此，本实施例实现了轻载非ZVS模式的一个周期，并等待下一满足频率或时间间隔要求的时刻到来。
在上述实施例的基础上，示例性地，图8是本发明实施例提供的另一种开关电源的结构示意图。可知地，图8所示的开关电源为升压架构的非隔离同步开关电源，本实施例所提供的开关电源的电路元件连接关系如图8所示，在此不再进行赘述。可以理解的是，图8中的Vin’表示升压架构的非隔离同步开关电源的输入电压，L’表示升压架构的非隔离同步开关电源的输入电感，Iin’表示升压架构的非隔离同步开关电源的电感电流，Q’表示升压架构的非隔离同步开关电源的吸收电路。
继续参见图8，示例性地，升压架构的非隔离同步开关电源的工作过程如下：
首先，开关电源启动后，控制模块IC’获取连接点SX的电压波形。其次，当连接点SX的电压波形未实现零电压切换时，控制模块IC’调节第四开关管M4的截止电流，直至连接点SX的电压波形接近归低或恰好归低。复次，当连接点SX的电压波形恰好归低时，控制模块IC’控制第三开关管M3开启。再次，当开关电源的输出端负载发生改变，且第三开关管M3的开关电流大于第三预设值时，根据开关电源的输出电压Vout’，控制模块IC’调节第三开关管M3的电流峰值，进而实现开关电源的输出电压Vout’的稳定环路控制。再次，在实现开关电源的输出电压Vout’的稳定环路控制之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第三开关管M3的开关电流小于或等于第三预设值时，控制模块IC’基于适当的防抖动阀值使得第三开关管M3的开关电流保持在第三预设值附近，并改变第三开关管M3的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压Vout’。最后，在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压Vout’之后，当开关电源的输出端负载发生改变，且第四开关管M4的过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第四预设值时，控制模块IC’再次进入重载ZVS模式，调节第三开关管M3的峰值电流。
图9是本发明实施例提供的另一种重载ZVS模式下开关电源的波形示意图。参见上述升压架构的非隔离同步开关电源的工作过程及图9，可知地，当连接点SX的电压VSX的波形恰好归低时，第三开关管M3导通，第四开关管M4处于关断状态。此外，当第四开关管M4的开关电流It达到截止电流IT_min时，第四开关管M4关断。
图10是本发明实施例提供的另一种轻载ZVS模式下开关电源的波形示意图。参见上述升压架构的非隔离同步开关电源的工作过程及图10，具体地，在轻载ZVS模式下，控制模块IC’根据分压电路E’反馈的电压信号对第三开关管M3驱动信号的频率，或者第三开关管M3开启或关断的时间间隔进行调节，当M3驱动信号的频率，或者M3开启或关断的时间间隔满足要求时，控制模块IC’开启第四开关管M4，并调节第四开关管M4的截止电流IT_min，直至连接点SX的电压波形恰好归低；当SX的电压波形恰好归低时，控制模块IC’开启第三开关管M3，当第三开关管M3的开关电流达到第三预设值，或者基于某一预设防抖阈值使得第三开关管M3的开关电流到达第三预设值附近时，第三开关管M3关断，第四开关管M4开启；之后，当第四开关管M4的开关电流It处于电流过零点时，第四开关管M4关断，至此，本实施例完成了轻载ZVS模式的一个周期，并等待下一频率满足时刻的到来。
在上述实施例的基础上，示例性地，图11是本发明实施例提供的又一种开关电源的结构示意图。可知地，图11所示的开关电源为升降压架构的非隔离同步开关电源，本实施例所提供的开关电源的电路元件连接关系如图11所示，在此不再进行赘述。参见图11，Vin”表示升降压架构的非隔离同步开关电源的输入电压，IC”表示升降压架构的非隔离同步开关电源的控制模块，Iin”表示升降压架构的非隔离同步开关电源的电感电流，Vout”表示升降压架构的非隔离同步开关电源的输出电压。
可以理解的是，升降压架构的非隔离同步开关电源可以由升压和降压架构的非隔离同步开关电源的部分电路结构对接而成，升降压架构的非隔离同步开关电源包括升压模式、降压模式和升降压模式。可以理解的是，升压模式和降压模式所对应的节点波形图可以由前述升压和降压架构的非隔离同步开关电源的各个波形图组成，并分别出现在升压架构或降压架构的节点上；升降压模式可以是升压模式与降压模式的复合模式，当开关电源处于升降压模式时，升压架构和降压架构的节点上的波形可以同时或交替出现，本发明实施例对此不进行限制。
需要说明的是，当升降压架构的非隔离同步开关电源处于升压模式时，第一开关管M1处于实时开启状态，第二开关管M2处于实时关断状态。相反地，当升降压架构的非隔离同步开关电源处于降压模式时，第四开关管M4处于实时开启状态，第三开关管M3处于实时关断状态。
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 (7)

1.一种开关电源的控制方法，其特征在于，所述开关电源包括第一开关管、第二开关管、滤波电感以及控制模块；其中，所述第一开关管连接于电压输入端和所述滤波电感之间，所述第二开关管连接于所述第一开关管与所述滤波电感之间的连接点和接地端之间，所述滤波电感连接于所述第一开关管和所述开关电源的电压输出端之间，所述控制模块用于控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或者关断；
所述控制方法包括：
所述开关电源启动后，所述控制模块获取所述第一开关管与所述滤波电感之间的连接点的电压波形；
当所述连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述连接点的电压波形未达到所述电压输入端的输入电压的高电平状态，所述控制模块调节所述第二开关管的截止电流，直至所述连接点的电压波形恰好归高；其中，所述连接点的电压波形恰好归高是指所述连接点的电压波形恰好恢复到所述电压输入端的输入电压处于高电平状态；
当所述连接点的电压波形恰好归高时，所述控制模块控制所述第一开关管导通，以实现所述第一开关管的零电压开启；
所述开关电源还包括分压电路，所述分压电路连接于所述滤波电感和所述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，且所述第一开关管的电流峰值大于第一预设值时，根据所述开关电源的输出电压，所述控制模块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；
在实现所述开关电源的输出电压的稳定环路控制之后还包括：
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电流峰值小于或等于所述第一预设值时，所述控制模块控制所述第一开关管的电流峰值保持在所述第一预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节所述开关电源的输出电压；
在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压之后还包括：
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过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，所述控制模块再次进入重载ZVS模式，调节所述第一开关管的峰值电流。
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吸收电路，所述吸收电路并联于所述第二开关管的两端；所述吸收电路包括相互串联的第一电阻和第一电容。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分压电路包括相互串联的第二电阻和第三电阻。
4.一种开关电源，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、滤波电感以及控制模块；其中，所述第一开关管连接于电压输入端和所述滤波电感之间，所述第二开关管连接于所述第一开关管与所述滤波电感之间的连接点和接地端之间，所述滤波电感连接于所述第一开关管和所述开关电源的电压输出端之间，所述控制模块用于控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或者关断；
所述第一开关管用于根据所述控制模块产生的主驱动信号导通或者关断；
所述第二开关管用于根据所述控制模块产生的同步驱动信号导通或者关断；
所述滤波电感用于平滑所述开关电源的输出电流；
所述控制模块用于在所述开关电源启动后，获取所述第一开关管与所述滤波电感之间的连接点的电压波形；还用于当所述连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述连接点的电压波形未达到所述电压输入端的输入电压的高电平状态，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述连接点的电压波形恰好归高；其中，所述连接点的电压波形恰好归高是指所述连接点的电压波形恰好恢复到所述电压输入端的输入电压处于高电平状态；还用于当所述连接点的电压波形恰好归高时，控制所述第一开关管导通，以实现所述第一开关管的零电压开启；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电流峰值大于第一预设值时，根据所述开关电源的输出电压，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；还用于在实现所述开关电源的输出电压的稳定环路控制之后，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电流峰值小于或等于所述第一预设值时，控制所述第一开关管的电流峰值保持在所述第一预设值，并改变所述第一开关管的驱动信号的频率，进入轻载ZVS模式以调节所述开关电源的输出电压；还用于在进入轻载ZVS模式以调节开关电源的输出电压之后，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过零关断和开启之间的时间间隔等于或小于第二预设值时，再次进入重载ZVS模式，调节所述第一开关管的峰值电流。
5.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，还包括分压电路，所述分压电路用于生成分压信号，以使所述控制模块获取所述开关电源的输出电压。
6.根据权利要求5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一电阻和第一电容；所述吸收电路用于优化系统开关损耗，降低开关管的电压和/或电流尖峰，以及改善所述开关电源的电磁干扰特性。
7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述分压电路包括相互串联的第二电阻和第三电阻。
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