TW201838308A - 控制裝置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本案係關於一種控制裝置及控制方法，應用於返馳式變換器，返馳式變換器包含輔助開關，該裝置包括：激磁負電流檢測單元，用於通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得返馳式變換器中的激磁負電流的幅值；以及比較控制單元，用於將激磁負電流檢測單元檢測到的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較，並根據比較結果控制輔助開關的關斷。本案能夠實現返馳式變換器的初級側開關管在不同輸出電壓下的零電壓開通。

Description

控制裝置及控制方法
本案係關於電力電子技術領域，尤指一種應用於返馳式變換器的控制裝置及控制方法。
目前，準諧振返馳式變換器是目前應用於小功率開關電源的最流行的電路拓撲結構。準諧振返馳式變換器在低壓輸入（Vbus ＜nVo ，其中：Vbus 為輸入電壓；n為變壓器初次級側線圈匝數比；Vo 為輸出電壓）時可以實現初級側功率開關管的零電壓開通（ZVS），在高壓輸入（Vbus ＞nVo ）時可以實現初級側功率開關管的谷底開通，因而可以顯著減小開關損耗。然而，隨著高頻化發展，儘管準諧振返馳式變換器在高壓輸入時可以實現谷底開通，但開通損耗還是變得越來越大，嚴重影響變換器的效率。為了解決準諧振返馳式變換器在高壓輸入時不能完全實現初級側功率開關管的零電壓開通（ZVS）這個問題，習知技術提出了次級側同步整流管延遲導通等新控制方法，以及有源鉗位返馳式變換器等新電路拓撲結構。
然而，習知技術僅適用于輸出電壓恒定的情況，在可變輸出電壓的應用情況下無法保證所有工作條件下均能實現初級側功率開關管的零電壓開通。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之控制裝置及控制方法，實為目前迫切之需求。
本案之目的在於提供一種控制裝置及控制方法，進而至少在一定程度上克服由於相關技術的限制和缺陷而導致的一個或者多個問題。
本案之一實施態樣提供了一種控制裝置，應用於返馳式變換器，返馳式變換器包含輔助開關，控制裝置包括： 激磁負電流檢測單元，用於通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得返馳式變換器中的激磁負電流的幅值；以及 比較控制單元，用於將激磁負電流檢測單元檢測到的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較，並根據比較結果控制輔助開關的關斷。
其中，控制裝置還包括： 第一激磁負電流基準設定單元，用於基於返馳式變換器的輸入電壓設定激磁負電流基準值。
其中，控制裝置還包括： 第二激磁負電流基準設定單元，用於基於返馳式變換器的輸入電壓和輸出電壓設定激磁負電流基準值。
其中，輔助開關為同步整流管、鉗位管、並聯在返馳式變換器的次級側整流單元上的開關或串聯於返馳式變換器的輔助繞組的開關。
其中，在輔助開關為同步整流管時，檢測返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者同步整流管的自身內阻檢測流經同步整流管的電流的幅值。
其中，在輔助開關為鉗位管時，檢測返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者鉗位管的自身內阻檢測流經鉗位管的電流的幅值；並通過電流互感器、取樣電阻或者次級側整流單元的自身內阻來檢測流經返馳式變換器的次級側整流單元的電流的幅值。
其中，比較控制單元用以於激磁負電流的幅值大於或等於激磁負電流基準值時，控制輔助開關的關斷。
其中，返馳式變換器為RCD鉗位返馳式變換器或有源鉗位返馳式變換器。
其中，返馳式變換器的工作模式為斷續模式或臨界連續模式。
其中，RCD鉗位返馳式變換器的工作模式為同步整流管延遲導通模式或同步整流管二次導通模式；有源鉗位返馳式變換器的工作模式為互補控制模式或非互補控制模式。
其中，返馳式變換器的輸出電壓可變。
其中，返馳式變換器的輸出電壓為5V、9V、15V或20V。
本案之另一實施態樣提供了一種開關電源，包括根據上述任意一項所述的控制裝置。
本案之再一實施態樣提供一種控制方法，應用於返馳式變換器，返馳式變換器包含輔助開關，控制方法包括： 通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得返馳式變換器中的激磁負電流的幅值； 將所獲得的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較；以及 根據比較結果控制輔助開關的關斷來實現返馳式變換器的初級側功率開關管的零電壓開通。
其中，控制方法還包括： 基於返馳式變換器的輸入電壓設定激磁負電流基準值。
其中，基於返馳式變換器的輸入電壓設定激磁負電流基準值包括： 基於返馳式變換器的輸入電壓的最大值設定激磁負電流基準值。
其中，控制方法還包括： 基於返馳式變換器的輸入電壓和輸出電壓設定激磁負電流基準值。
其中，輔助開關為同步整流管、鉗位管、並聯在返馳式變換器的次級側整流單元上的開關或串聯於返馳式變換器的輔助繞組的開關。
其中，在輔助開關為同步整流管時，控制方法還包括： 通過延遲導通控制方式或二次導通控制方式在返馳式變換器中產生激磁負電流。
其中，在輔助開關為同步整流管時，檢測返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者同步整流管的自身內阻檢測流經同步整流管的電流的幅值。
其中，在輔助開關為鉗位管時，控制方法還包括： 通過互補控制方式或非互補控制方式在返馳式變換器中產生激磁負電流。
其中，在輔助開關為鉗位管時，檢測返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者鉗位管的自身內阻檢測流經鉗位管的電流的幅值；並通過電流互感器，取樣電阻或者次級側整流單元的自身內阻來檢測流經返馳式變換器的次級側整流單元的電流的幅值。
其中，於激磁負電流的幅值大於或等於激磁負電流基準值時，控制輔助開關的關斷。
其中，返馳式變換器為RCD鉗位返馳式變換器或有源鉗位返馳式變換器。
其中，返馳式變換器的工作模式為斷續模式或臨界連續模式。
其中，RCD鉗位返馳式變換器的工作模式為同步整流管延遲導通模式或同步整流管二次導通模式；有源鉗位返馳式變換器的工作模式為互補控制模式或非互補控制模式。
其中，實現返馳式變換器的初級側功率開關管的零電壓開通包括： 通過返馳式變換器中的激磁電感與寄生電容的諧振來實現返馳式變換器的初級側功率開關管的零電壓開通。
其中，返馳式變換器的輸出電壓可變。
其中，返馳式變換器的輸出電壓為5V、9V、15V或20V。
根據本案的示例實施例的控制裝置及控制方法，通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得激磁負電流的幅值，將所檢測的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較，根據比較結果控制輔助開關的關斷。一方面，通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得激磁負電流的幅值，可以實時地檢測到不同輸出電壓下的激磁負電流的幅值；另一方面，將所檢測的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較，根據比較結果控制輔助開關的關斷，可以通過合理地設定激磁負電流基準值來實現初級側開關管在不同輸出電壓下的零電壓開通。
應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本案。
體現本案特徵與優點的典型實施例將在後段的說明中結合圖式詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。
此外，本案圖式僅為本案的示意圖，並非一定是按比例繪製。圖式中相同的註記表示相同或類似的部分，因而將省略對其重複描述。圖式中所示的一些方框圖是功能實體，不一定必須與物理或邏輯上獨立的實體相對應。可以運用軟體來實現這些功能實體，或在一個或多個硬體模組或積體電路中實現這些功能實體，或在不同網絡和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實現這些功能實體。
第1圖係為一種技術方案中的有源鉗位返馳式變換器的電路圖。有源鉗位返馳式變換器可以實現初級側功率開關管S1 的零電壓開通（ZVS），現有的控制方法為：控制鉗位管S2 僅在初級側功率開關管S1 導通前導通一設定時間，如第2圖所示的控制波形圖中的t2-t3。
第3圖係為一種技術方案中的RCD鉗位返馳式變換器的線路示意圖。RCD鉗位返馳式變換器可以通過延遲導通次級側同步整流管SR 來實現初級側功率開關管S1 的零電壓開通（ZVS），現有的次級側同步整流管SR 的延遲導通控制方法為：控制同步整流管SR 在次級側電流is 降到零之後繼續導通一設定時間，如第4圖所示的控制波形圖中的 t1-t2。
以上兩種實現初級側功率開關管S1 零電壓開通（ZVS）的方法，都是通過控制同步整流管SR 或鉗位管 S2 開通一設定時間來實現的，這對於固定輸出電壓的應用情形是適用的。
然而，隨著電源適配器的發展，尤其是USB-PD Type-C的推廣和普及，可變輸出電壓的應用變得越來越流行。對於可變輸出電壓的應用情形，上述控制方式將不再適用，這是因為：無論是RCD鉗位返馳式變換器，還是有源鉗位返馳式變換器，其實現初級側功率開關管零電壓開通（ZVS）的基本原理如下：在初級側功率開關管S1 開通之前，使得變壓器的激磁電感Lm 上產生一激磁負電流Im_n (t)，通過激磁負電流Im_n (t)的幫助以實現初級側功率開關管S1 的零電壓開通（ZVS），且激磁負電流的大小由如下公式決定：（1） 其中：Lm 是變壓器的激磁電感值，n是變壓器的匝數比，Vo 是變換器的輸出電壓值，Im_n (t)是激磁負電流的幅值，t是輔助開關的導通時間 （對於準諧振返馳式變換器的同步整流管來說指的是延遲導通時間，對於有源鉗位返馳式變換器的鉗位管來說指的是導通時間）。
由上述公式可以看出，對於一個固定的設計，激磁電感值Lm 和匝數比n是固定的。如果輸出電壓Vo 是固定的， 由公式（1）可知，固定的導通時間t意味著固定的激磁負電流幅值，因此，通過控制同步整流管SR 或鉗位管 S2 開通一設定時間t，對於固定輸出電壓的應用情形是適用的。如果輸出電壓是可變的，固定的導通時間t意味著激磁負電流幅值會隨輸出電壓Vo 的變化而改變。以USB-PD Type-C的應用為例，其最小輸出電壓為5V，最大輸出電壓為20V，如果採用固定導通時間的控制方法，會造成以下兩個結果中的一個： A：如果設定的導通時間恰好可以滿足輸出電壓為5V時的初級側功率開關管零電壓開通（ZVS）的條件，那麼當輸出電壓為20V時，產生的激磁負電流幅值將是輸出電壓為5V時的4倍。過大的激磁負電流會引入額外損耗，影響變換器的效率。 B：如果設定的導通時間恰好可以滿足輸出電壓為20V時的初級側功率開關管零電壓開通（ZVS）的條件，那麼當輸出電壓為5V時，產生的激磁負電流幅值將只有輸出電壓為20V時的1/4，過小的激磁負電流幅值會造成初級側功率開關管不能實現零電壓開通。
基於上述內容，在本案之一較佳實施例中，首先提供了一種控制裝置，控制裝置600用於控制返馳式變換器610，其中返馳式變換器610包含一輔助開關。如第6圖所示，該控制裝置600可以包括：激磁負電流檢測單元620以及比較控制單元630。其中： 激磁負電流檢測單元620用於通過檢測返馳式變換器610中的電流的幅值來獲得返馳式變換器610中的激磁負電流的幅值；以及 比較控制單元630用於將激磁負電流檢測單元620檢測到的激磁負電流的幅值與一激磁負電流基準值進行比較，並根據比較結果控制輔助開關的關斷。
根據此實施例中的控制裝置600，一方面，通過檢測返馳式變換器610中的電流的幅值來獲得激磁負電流的幅值，可以實時地檢測到不同輸出電壓下的激磁負電流的幅值；另一方面，將所檢測的激磁負電流的幅值與一激磁負電流基準值進行比較，根據比較結果控制輔助開關的關斷，可以通過合理地設定激磁負電流基準值來實現初級側開關管在不同輸出電壓下的零電壓開通。
在此實施例中，返馳式變換器610還包括初級側開關單元、次級側整流單元、變壓器和輸出電容(未圖示)，其中，初級側開關單元包含初級側功率開關管，次級側整流單元包括第一端與第二端，第一端和第二端分別與變壓器和輸出電容電氣連接。本案的基本原理在於：在初級側功率開關管開通之前，通過控制輔助開關的開通和關斷，使得返馳式變換器610中產生一激磁負電流。設定激磁負電流的基準值，通過檢測返馳式變換器610中的電流的方式來取得激磁負電流的幅值信息。當激磁負電流的幅值大於或等於該基準值時，比較控制單元630輸出控制信號用以關斷輔助開關。然後，以此激磁負電流為初始值，通過激磁電感Lm 與原邊線路的寄生電容CEQ 的諧振來實現初級側功率開關管的零電壓開通（ZVS）。通過合理設置激磁負電流的基準值，可在全輸入電壓範圍，不同輸出電壓的全負載範圍內實現初級側功率開關管的零電壓開通（ZVS）。於本實施例中，寄生電容CEQ 由初級側功率開關管S1 的寄生電容和變壓器T的初級側線圈的寄生電容構成。
需要說明的是，在此實施例中，返馳式變換器610的輸出電壓可變，例如返馳式變換器610的輸出電壓可以為5V、9V、15V或20V等，本案對此不進行特殊限定。
進一步，如第6圖所示，該控制裝置600可以包括激磁負電流基準設定單元640，用於根據返馳式變換器610的信息來產生基準值Im_N 。
此外，在某些實施例中，返馳式變換器610可以為如第1圖所示的有源鉗位返馳式變換器或如第3圖和第5圖所示的RCD鉗位返馳式變換器，但是本案較佳實施例中的返馳式變換器不限於此。
進一步地，在某些實施例中，返馳式變換器610的所述輔助開關可以為如第1圖所示的鉗位管S2 或如第3圖所示的同步整流管SR ，但是本案較佳實施例中的輔助開關不限於此，例如如第5圖所示的副邊為二極管整流的RCD鉗位返馳式變換器，其輔助開關可以為並聯於二極管D1的開關Saux ，或其輔助開關可以為串聯於輔助繞組Waux 的開關Saux_VCC 。
需要說明的是，在某些實施例中，返馳式變換器的工作模式可以為斷續模式或臨界連續模式，本案對此不進行特殊限定。
進一步地，在某些實施例中，返馳式變換器為如第1圖所示的有源鉗位返馳式變換器時，輔助開關為鉗位管S2 ，可以通過如第2圖所示的非互補的控制方式來產生激磁負電流；也可以通過如第7圖所示的互補控制方式來產生激磁負電流。
進一步地，在某些實施例中，返馳式變換器為如第3圖所示的RCD鉗位返馳式變換器時，輔助開關為同步整流管SR 時，返馳式變換器單元可以通過如第4圖所示的同步整流管延遲導通的方式來產生激磁負電流，此外，也可以通過第8圖所示的同步整流管二次導通的控制方式來產生激磁負電流。
第9圖係為一種控制裝置的一個具體實施例。如第9圖所示，該控制裝置900用於控制返馳式變換器910，其中該控制裝置900包括：激磁負電流檢測單元920、比較控制單元930以及激磁負電流基準設定單元940。
返馳式變換器910為RCD鉗位返馳式變換器，包含初級側開關單元、次級側整流單元、變壓器T和輸出電容Co ，其中，初級側開關單元包含初級側功率開關管S1 ，次級側整流單元包含同步整流管SR ，且次級側整流單元分別與變壓器T和輸出電容Co 電氣連接。
在此實施例中，接收所檢測之流經同步整流管SR 的電流幅值IS ；激磁負電流檢測單元920根據同步整流管SR 的電流幅值IS 得到初級側線圈激磁負電流的幅值Im_n ，並將激磁負電流的幅值Im_n 輸送到比較控制單元930；比較控制單元930比較激磁負電流幅值Im_n 與激磁負電流基準設定單元940的基準值Im_N ，待激磁負電流幅值Im_n 大於或等於基準值Im_N 時，比較控制單元930輸出控制信號以關斷同步整流管SR 。
在本案之較佳實施例中，RCD鉗位返馳式變換器的激磁負電流幅值的檢測方法的原理請參照第4圖、第8圖和第9圖：當同步整流管延時導通時，如第4圖所示的t1~t2 或當同步整流管二次導通（即同步整流管SR 於一個開關週期內導通兩次，如第8圖的t0~t1的第一次導通以及t2~t3的第二次導通）時，如第8圖所示的t2~t3，變壓器T的次級側線圈上會產生反向激磁負電流Is ，當同步整流管SR 關斷後，該電流轉移到初級側線圈，形成初級側線圈的激磁負電流Im_n 。根據電路原理，通過檢測流經次級側同步整流管SR 的負電流幅值Is ，可以得到初級側線圈的激磁負電流的幅值Im_n ，具體計算公式如下：（2） 其中：Im_n 為激磁負電流幅值，Is 為流經同步整流管的電流幅值，n為變壓器的匝數比。
於其他實施例中，流經同步整流管SR 的電流幅值的檢測可以通過電流互感器、同步整流管的自身內阻檢測或者取樣電阻來實現。
第10圖係為一種控制裝置的另一個具體實施例。如第10圖所示，該控制裝置1000用於控制返馳式變換器1010，其中控制裝置1000包括：激磁負電流檢測單元1020、比較控制單元1030以及激磁負電流基準設定單元1040。
返馳式變換器1010為有源鉗位返馳式變換器，包含初級側開關單元、次級側整流單元、變壓器T和輸出電容Co ，其中，初級側開關單元包含初級側功率開關管S1 和鉗位管S2 ，次級側整流單元包含同步整流管SR ，且次級側整流單元分別與變壓器T和輸出電容Co 電氣連接。
在此實施例中，接收所檢測之流經鉗位管S2 的電流幅值IS2 ，並接收所檢測之流經次級整流單元的電流幅值Is ；激磁負電流檢測單元1020根據電流幅值IS2 和Is ，得到激磁負電流的幅值Im_n ，並將其輸送到比較控制單元1030；比較控制單元1030比較激磁負電流幅值Im_n 與激磁負電流基準設定單元1040的基準值Im_N ，當激磁負電流幅值Im_n 達到基準值Im_N 時，比較控制單元1030輸出控制信號以關斷鉗位管S2 。
在此實施例中，有源鉗位返馳式變換器可採用非互補控制方式（如第2圖 的t3~t4）以及互補控制方式（如第7圖的t1~t2）。無論有源鉗位返馳式變換器採用何種控制方式，其激磁負電流幅值的檢測方法的原理均如下：請參照第2圖、第7圖和第11圖，當鉗位管開通時，變壓器處於正激工作狀態；根據變壓器的工作原理可知，通過檢測流經鉗位管的電流幅值IS2 和流經次級側整流單元的電流幅值Is ，可以間接得到激磁負電流的幅值Im_n ，具體計算公式如下：（3） 其中：Im_n 為激磁負電流幅值，IS2 為流經鉗位管的電流幅值，Is 為流經次級側整流單元的電流幅值，n為變壓器的匝數比。
需要說明的是，在本案的其他實施例中，對流經鉗位管S2 的電流幅值和流經次級側整流單元的電流幅值的檢測，可以通過電流互感器，取樣電阻或者功率器件自身的內阻來實現，本案對此不作特殊限定。例如，可通過電流互感器、取樣電阻或者鉗位管的自身內阻檢測流經鉗位管的電流的幅值IS2 ；並通過電流互感器、取樣電阻或者次級側整流單元的自身內阻來檢測流經返馳式變換器的次級側整流單元的電流的幅值Is 。
此外，於本案的某些實施例中，還包含激磁負電流基準設定單元940或激磁負電流基準設定單元1040，用於設定所述激磁負電流基準值Im_N 。針對激磁負電流基準值的設定，經研究可知：在低壓輸入（Vbus ＜nVo ）時，無需激磁負電流的幫助，即可實現初級側功率管的零電壓開通（ZVS）；在高壓輸入（Vbus ＞nVo ）時，為了實現初級側功率管的零電壓開通（ZVS），激磁負電流的最小幅值需滿足：（4） 其中：Im_N 為激磁負電流基準值，Vbus 為輸入電壓， CEQ 為寄生電容容值。
根據上述公式（4），對於一個特定電路設計來說，匝數比n、激磁電感感量Lm 以及寄生電容容值CEQ 是固定的，為了實現初級側功率管的零電壓開通（ZVS），激磁負電流的基準值Im_N 與輸入電壓Vbus 和輸出電壓VO 有關。由此，激磁負電流基準設定單元可基於返馳式變換器的輸入電壓Vbus 和輸出電壓VO 實時調整激磁負電流基準值Im_N 。
然而，採用上述方法，為了實時調整激磁負電流基準值Im_N ，需要實時監控兩個變量：輸入電壓Vbus 和輸出電壓VO ，如此做法會增加控制的複雜性。進一步研究可知：返馳式變換器於高壓輸入（Vbus ＞nVo ）的情況下工作時，可忽略輸出電壓對於激磁負電流基準值的影響，即激磁負電流的基準值僅僅與輸入電壓有關，從而大大簡化了激磁負電流基準值的設定。（5） 由此，激磁負電流基準設定單元可基於返馳式變換器的輸入電壓Vbus 設定激磁負電流基準值Im_N 。
於某些實施例中，對於激磁負電流基準值的設定，可以有如下兩種設定方法： 固定基準值設定法：為實現全輸入電壓範圍內初級側功率開關管的零電壓開通（ZVS），激磁負電流的基準值按最大輸入電壓進行設定，即：（6） 其中： Vbus_max 為輸入電壓最大值。
對固定基準值設定法來說， 當輸入電壓為最大值時，恰好可以滿足初級側功率開關管的零電壓開通（ZVS）；但當輸入電壓亦即輸入電壓為低電壓時，該控制方法所產生的激磁負電流幅值比為實現初級側功率管零電壓開通（ZVS）所需的激磁負電流的幅值大，由此會帶來額外的損耗，不利於效率優化。在對效率要求不是很高的應用場合可以採用固定基準值設定法。
對效率要求比較高的應用場合，可以采基準值隨輸入電壓變化的設定方法來對變換器的效率進行優化。因此，可以將激磁負電流基準值設定為：（7）
對於一個特定的電路設計，激磁電感感量Lm 和寄生電容容值CEQ 是固定的，由上述公式（7）可知，激磁負電流設定值與輸入電壓Vbus 成正比，激磁負電流基準設定單元可根據輸入電壓檢測單元檢測出的輸入電壓值Vbus ，直接計算出為激磁負電流基準值Im_N 。如第12圖和第13圖所示：通過一輸入電壓檢測單元檢測輸入電壓Vbus 信號， 具體地，輸入電壓檢測單元可以是一個電阻分壓網絡；通過一比例單元將輸入電壓Vbus 信號放大或縮小到需要的基準值。
第12圖係為一種控制裝置的再一個具體實施例。第12圖與第9圖的結構類似，但第12圖更包含激磁負電流基準設定單元的一具體實例。於第12圖所示，控制裝置1200更包含輸入電壓檢測單元1250，於本實施例中，輸入電壓檢測單元1250包含第一電阻R1 和第二電阻R2 ，並通過第一電阻R1 和第二電阻R2 分壓的方式來檢測輸入電壓信息Vbus 。輸入電壓檢測單元1250將輸入電壓信息Vbus 輸入到激磁負電流基準設定單元1240用以輸出基準值Im_N ，將該基準值輸送到比較控制單元1230；接收所檢測之流經同步整流管的電流幅值IS ；激磁負電流檢測單元1220根據電流幅值IS 得到激磁負電流的幅值Im_n ，並將其輸送到比較控制單元1230；比較控制單元1230通過比較激磁負電流檢測單元1220得到的激磁負電流幅值Im_n 與激磁負電流基準設定單元1240的基準值Im_N ，待Im_n 達到基準值Im_N 時，比較控制單元1230輸出控制信號以關斷同步整流管SR 。
第13圖係為一種控制裝置的再一個具體實施例。第13圖與第10圖的結構類似，但第13圖更包含激磁負電流基準設定單元的一具體實例。如第13圖所示，控制裝置1300更包含輸入電壓檢測單元1350，於本實施例中，輸入電壓檢測單元1350包含第一電阻R1 和第二電阻R2 ，並通過電阻分壓方式來檢測輸入電壓信息Vbus 。輸入電壓檢測單元1350將輸入電壓信息Vbus 輸入到激磁負電流基準設定單元1340用以輸出基準值Im_N ；接收所檢測之流經鉗位管S2 的電流幅值IS2 ，並接收所檢測之流經次級整流單元的電流幅值Is ，；激磁負電流檢測單元1320根據電流幅值IS2 和Is ，得到激磁負電流的幅值Im_n ，並將激磁負電流的幅值Im_n 輸送到比較控制單元1330；比較控制單元1330比較激磁負電流幅值Im_n 與激磁負電流基準設定單元1340的基準值Im_N ，待Im_n 達到基準值Im_N 時，比較控制單元1330輸出控制信號以關斷鉗位管S2 。
此外，在本案較佳實施例中，還提供了一種控制方法，該控制方法可以應用於如第6圖-第13圖所示的返馳式變換器，返馳式變換器包含一輔助開關，參照第14圖所示，控制方法可以包括以下步驟： 步驟S1410：通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得返馳式變換器中的激磁負電流的幅值； 步驟S1420：將所獲得的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較；以及 步驟S1430：根據比較結果控制輔助開關的關斷來實現返馳式變換器的初級側功率開關管的零電壓開通。
一方面，通過檢測返馳式變換器中的電流的幅值來獲得激磁負電流的幅值，可以實時地檢測到不同輸出電壓下的激磁負電流的幅值；另一方面，將所檢測的激磁負電流的幅值與一激磁負電流基準值進行比較，根據比較結果控制輔助開關的關斷，可以通過合理地設定激磁負電流基準值，實現在全輸入電壓範圍內（例如90~264Vac）初級側開關管在不同輸出電壓下的零電壓開通。
進一步地，在某些實施例中，控制方法還可以包括：將所獲得的激磁負電流的幅值與激磁負電流基準值進行比較，於激磁負電流的幅值大於激磁負電流基準值時控制輔助開關的關斷。
進一步地，在某些實施例中，控制方法還可以包括：基於所述返馳式變換器的輸入電壓設定所述激磁負電流基準值。
進一步地，在某些實施例中，基於返馳式變換器的輸入電壓設定激磁負電流基準值可以包括：基於返馳式變換器的輸入電壓的最大值設定激磁負電流基準值。
此外，在某些實施例中，控制方法還可以包括：基於返馳式變換器的輸入電壓和輸出電壓設定激磁負電流基準值。
進一步地，在某些實施例中，在輔助開關為同步整流管時，控制方法還包括：通過延遲導通控制方式或二次導通控制方式在返馳式變換器中產生激磁負電流。
進一步地，在某些實施例中，在輔助開關為同步整流管時，檢測返馳式變換器中的電流的幅值可以包括：通過電流互感器、取樣電阻或者所述同步整流管的自身內阻檢測流經所述同步整流管的電流的幅值。
此外，在某些實施例中，在輔助開關為鉗位管時，控制方法還包括：通過互補控制方式或非互補控制方式在返馳式變換器中產生激磁負電流。
進一步地，在某些實施例中，在輔助開關為鉗位管時，檢測返馳式變換器中的電流的幅值可以包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者所述鉗位管的自身內阻檢測流經鉗位管的電流的幅值；並通過電流互感器，取樣電阻或者次級側整流單元的自身內阻來檢測流經返馳式變換器的次級側整流單元的電流的幅值。
進一步地，在某些實施例中，實現返馳式變換器的初級側功率開關管的零電壓開通可以包括：通過返馳式變換器中的激磁電感與寄生電容的諧振來實現返馳式變換器的初級側功率開關管的零電壓開通。
由於上述實施例中的控制方法中的各步驟與上述控制裝置的各單元或模塊的功能一一對應，在此將不再贅述。
進一步地，本案的另一較佳實施例提供了一種開關電源，開關電源可以包括前述實施例中任一種控制裝置。由於此較佳實施例中的開關電源採用了上述控制裝置，因此至少具有與所述控制裝置相應的全部優點。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐本案之發明後，將容易想到本案的其它實施例。本申請旨在涵蓋本案的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本案的一般性原理並包括本案未公開的本技術領域中之習知技術。且本案之說明書和實施例僅被視為示例性的，而本發明之範圍由所附申請專利範圍決定。
應當理解的是，本案並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本案的範圍僅由所附的申請專利範圍來限制。
S1‧‧‧開關管
S2‧‧‧鉗位管
SR‧‧‧同步整流管
is‧‧‧次級側電流
t、t0、t1、t2、t3、t4、t5‧‧‧時刻
Lm‧‧‧激磁電感
Im_n‧‧‧激磁負電流的幅值
Im_n（t）‧‧‧激磁負電流
n‧‧‧匝數比
Vo‧‧‧輸出電壓
600、900、1000、1200、1300‧‧‧控制裝置
610、910、1010‧‧‧返馳式變換器
620、920、1020、1220、1320‧‧‧激磁負電流檢測單元
630、930、1030、1230、1330‧‧‧比較控制單元
640、940、1040、1240、1340‧‧‧激磁負電流基準設定單元
1250、1350‧‧‧輸入電壓檢測單元
Im_N‧‧‧基準值
CEQ‧‧‧寄生電容
Saux、Saux_VCC‧‧‧開關
Waux‧‧‧輔助繞組
T‧‧‧變壓器
Co‧‧‧輸出電容
IS、IS2‧‧‧電流幅值
Vbus‧‧‧輸入電壓
Vbus_max‧‧‧輸入電壓最大值
S1410、S1420、S1430‧‧‧步驟
第1圖係為一種技術方案中的有源鉗位返馳式變換器的電路圖； 第2圖係為一種技術方案中的有源鉗位返馳式變換器的非互補控制波形圖； 第3圖係為一種技術方案中的RCD鉗位返馳式變換器的電路圖； 第4圖係為一種技術方案中的RCD鉗位返馳式變換器的延遲導通波形圖； 第5圖係為另一種技術方案中的RCD鉗位返馳式變換器的電路圖； 第6圖係為本案一較佳實施例的控制裝置的控制原理框圖； 第7圖係為本案再一較佳實施例的有源鉗位返馳式變換器的互補控制波形圖； 第8圖係為本案又一較佳實施例的RCD鉗位返馳式變換器的二次導通控制波形圖； 第9圖係為本案又一較佳實施例的RCD鉗位返馳式變換器的激磁負電流檢測控制法的一個具體實施例； 第10圖係為本案又一較佳實施例的有源鉗位返馳式變換器的激磁負電流檢測控制法的一個具體實施例； 第11圖係為本案又一較佳實施例的有源鉗位返馳式變換器的激磁負電流檢測原理圖； 第12圖係為本案又一較佳實施例的RCD鉗位返馳式變換器的基準值隨輸入電壓變化的設定方法； 第13圖係為本案又一較佳實施例的有源鉗位返馳式變換器的基準值隨輸入電壓變化的設定方法；以及 第14圖係為本案又一較佳實施例的控制方法的流程圖。

Claims (29)

  1. 一種控制裝置，應用於一返馳式變換器，該返馳式變換器包含一輔助開關，其中該控制裝置包括： 一激磁負電流檢測單元，用於通過檢測該返馳式變換器中的電流的幅值來獲得該返馳式變換器中的一激磁負電流的幅值；以及 一比較控制單元，用於將該激磁負電流檢測單元檢測到的該激磁負電流的幅值與一激磁負電流基準值進行比較，並根據比較結果控制該輔助開關的關斷。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該輔助開關為同步整流管、鉗位管、並聯在該返馳式變換器的一次級側整流單元上的開關、或串聯於該返馳式變換器的一輔助繞組的開關。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之控制裝置，其中在該輔助開關為一同步整流管時，檢測該返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者該同步整流管的自身內阻檢測流經該同步整流管的電流的幅值。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之控制裝置，其中在該輔助開關為一鉗位管時，檢測該返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者該鉗位管的自身內阻檢測流經該鉗位管的電流的幅值；並通過電流互感器、取樣電阻或者該次級側整流單元的自身內阻來檢測流經該返馳式變換器的該次級側整流單元的電流的幅值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該比較控制單元用以於該激磁負電流的幅值大於或等於該激磁負電流基準值時，控制該輔助開關的關斷。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該返馳式變換器為一RCD鉗位返馳式變換器或一有源鉗位返馳式變換器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之控制裝置，其中該返馳式變換器的工作模式為斷續模式或臨界連續模式。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之控制裝置，其中該RCD鉗位返馳式變換器的工作模式為同步整流管延遲導通模式或同步整流管二次導通模式；該有源鉗位返馳式變換器的工作模式為互補控制模式或非互補控制模式。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該返馳式變換器的一輸出電壓可變。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之控制裝置，其中該返馳式變換器的該輸出電壓為5V、9V、15V或20V。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該控制裝置還包括： 一第一激磁負電流基準設定單元，用於基於該返馳式變換器的一輸入電壓設定該激磁負電流基準值。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該控制裝置還包括： 第二激磁負電流基準設定單元，用於基於該返馳式變換器的一輸入電壓和一輸出電壓設定該激磁負電流基準值。
  13. 一種開關電源，包括申請專利範圍第1-12項中任一項所述之控制裝置。
  14. 一種控制方法，應用於一返馳式變換器，該返馳式變換器包含一輔助開關，其中該控制方法包括： 通過檢測該返馳式變換器中的電流的幅值來獲得該返馳式變換器中的一激磁負電流的幅值； 將所獲得的該激磁負電流的幅值與一激磁負電流基準值進行比較；以及 根據比較結果控制該輔助開關的關斷來實現該返馳式變換器的一初級側功率開關管的零電壓開通。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中該輔助開關為同步整流管、鉗位管、並聯在該返馳式變換器的一次級側整流單元上的開關或串聯於該返馳式變換器的一輔助繞組的開關。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中在該輔助開關為同步整流管時，該控制方法還包括： 通過延遲導通控制方式或二次導通控制方式在該返馳式變換器中產生該激磁負電流。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中在該輔助開關為一同步整流管時，檢測該返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者該同步整流管的自身內阻檢測流經該同步整流管的電流的幅值。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中在該輔助開關為一鉗位管時，該控制方法還包括： 通過互補控制方式或非互補控制方式在該返馳式變換器中產生該激磁負電流。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之控制方法，其中在該輔助開關為一鉗位管時，該檢測該返馳式變換器中的電流的幅值包括： 通過電流互感器、取樣電阻或者該鉗位管的自身內阻檢測流經該鉗位管的電流的幅值；並通過電流互感器，取樣電阻或者該次級側整流單元的自身內阻來檢測流經該返馳式變換器的該次級側整流單元的電流的幅值。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中根據比較結果控制該輔助開關的關斷來實現該返馳式變換器的該初級側功率開關管的零電壓開通還包含： 於該激磁負電流的幅值大於或等於該激磁負電流基準值時，控制該輔助開關的關斷。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中該返馳式變換器為一RCD鉗位返馳式變換器或一有源鉗位返馳式變換器。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之控制方法，其中該返馳式變換器的工作模式為斷續模式或臨界連續模式。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之控制方法，其中該RCD鉗位返馳式變換器的工作模式為同步整流管延遲導通模式或同步整流管二次導通模式；該有源鉗位返馳式變換器的工作模式為互補控制模式或非互補控制模式。
  24. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中實現該返馳式變換器的該初級側功率開關管的零電壓開通包括： 通過該返馳式變換器中的一激磁電感與一寄生電容的諧振來實現該返馳式變換器的該初級側功率開關管的零電壓開通。
  25. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中該返馳式變換器的一輸出電壓可變。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之控制方法，其中該返馳式變換器的該輸出電壓為5V、9V、15V或20V。
  27. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中該控制方法還包括： 基於該返馳式變換器的一輸入電壓設定該激磁負電流基準值。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之控制方法，其中基於該返馳式變換器的該輸入電壓設定該激磁負電流基準值包括： 基於該返馳式變換器的該輸入電壓的最大值設定該激磁負電流基準值。
  29. 如申請專利範圍第14項所述之控制方法，其中該控制方法還包括： 基於該返馳式變換器的一輸入電壓和一輸出電壓設定該激磁負電流基準值。
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