专利名称：一种有源钳位反激变换器辅助开关管的控制方法
技术领域：
本发明涉及有源钳位反激变换器辅助开关管的控制方法属电力电子变换器。
背景技术：
反激变换器漏感回收的传统控制方法以下有三种1: RCD钳位电路RCD钳位电路结构最为简单，成本最低，易于实现，但是漏感中的能量全部消耗在 了缓冲电阻中，降低了变换器的效率，它适用于对效率要求不高而且成本严格控制的场合。2: IXD钳位电路LCD钳位电路可以实现无源无损的漏感能量回馈，但需要外加电感，参数整定比较 困难，但高频时较大的LC谐振电流增加了功率开关的导通损耗，一般适用于开关频率不太 高(如几十kHz)的场合3:有源钳位电路有源钳位电路增加了一个电容和辅助开关管，传统的有源钳位控制方法，在一个 周期内，主开关管和和辅助开关管互补导通，可以实现漏感能量回馈，实现主开关管和辅助 开关管的软开关，能够实现高频变换。虽然在满载时，传统的有源钳位反激控制电路效率很 高，但在轻载时效率依旧不高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，研制一种能克服现有缺陷的， 效率不高的，特别是轻载效率不高的反激式直流-流电源转换装置。实现上述目的的反激式直流-流电源转换装置由反激式主电路和有源钳位电路 组成。反激电路包括一个输入端口，一个或多个变压器，原边开关管，副边整流二极管，滤波 电容和一个输出端口组成。在开关管导通时，整流二极管截止，电源输入的能量以磁能的形 式储存在变压器中，在开关管截止时，变压器中储存的能量传输给负载。有源钳位电路包括 一个辅助开关管，一个寄生二极管和一个吸收电容。其中寄生二极管为辅助开关管寄生的 反并联体二极管。辅助开关与吸收电容相串联组成辅助电路。辅助支路并联在反激电路的 变压器原边绕组两端或并联的原边开关管两端。原边开关管每个周期都开通，辅助开关管 隔几个周期才开通。控制电路中辅助开关管S2的控制信号的产生方法为(以电压门限电路2为例，如 图2)钳位电容Cr中的电压积累到某一值时，通过分压电阻Rl和R2得到的电压Vr也会 上升到某一值，这个值通过与人为设定的基准电压Vref比较，当电压Vr小于基准电压Vref 时，比较器输出一个低电平到复位端R，此时Q’ 一直保持低电平，辅助开关管S2的处于关断 状态，钳位电容Cr处于充电状态，充电会持续一个周期或者几个周期。当钳位电容Cr充电 到一定程度时，电压Vr会大于基准电压Vref，此时比较器输出一个高电平到复位端R，此时 驱动信号Vpulse处于低电平状态，则Q’会输出一个高电平，从而能够使辅助开关管S2开
3通，由SR锁存器的特性表可以看出，只要置位端S为低电平状态，Q’会一直输出一个高电 平，使辅助开关管S2 —直开通。由于钳位电容Cr放电速度很快，比较器很快会输出一个低 电平，所以辅助开关管S2的开通时间可以由驱动信号Vpulse来设定。在钳位电容Cr放电 完成后，可以设定驱动信号Vpulse高电平，则辅助开关管S2立即关断。注意，为了避免Sl 和S2两管的同时开通，驱动信号Vpulse高电平必须在原边开关管Sl的开通信号来临之前 就设置。本发明的有源钳位反激变换器的控制方法，有下列优点，漏感能量得到了回收，漏 感的能量传输到输出端，同时实现在辅助开关管开通的周期内，原边开关的软开关；通过控 制辅助开关管的开通与关断，能够减少辅助开关管的开关次数，降低了辅助开关管的开关 损耗，可以大大提高电路在轻载下的效率，降低空载损耗。
图1本专利提出的第一种新的有源钳位辅助开关管的控制方法的反激变换器原 理图。图中虚线框所示的是电压门限控制电路1。图2本专利提出的第二种新的有源钳位辅助开关管的控制方法的反激变换器原 理图。图中虚线框所示的是电压门限控制电路2。图3基于电压门限控制电路2的有源钳位辅助开关管控制方法的，反激变换器主 开关管和辅助开关管的门极脉冲和工作波形。图4本专利提出的基于电压门限控制电路2的有源钳位辅助开关管的新的控制方 法的反激变换器工作示意图。图(a)为主开关管Sl开通时的工作示意图；图(b)为主开管 Sl关断后给寄生电容Cl充电的示意图；图(c)为漏感能量给钳位电容Cr充电的示意图； 图(d)为钳位电容Cr被电阻分得的电压达到基准值时，辅助开关管S2开通，钳位电容Cr 放电的示意图
具体实施例方式(1)结合图3，t0时刻，辅助开关管S2被关断，原边开关管Sl和辅助开关管S2同 时处于关断状态。、时刻原边开关管Sl导通，原边电流上升，变压器储存能量，辅助开关管 S2和输出整流二极管D截止。激磁电感Lm和漏感Lr线性充电。钳位电容Cr能量不变，两 端电压也保持不变。(2) t2时刻，原边开关管Sl导通被关断，谐振电感电流以谐振方式对寄生电容Cl 充电，由于激磁电感Lm较大，原边开关管Sl漏源两端电压Vds近似线性上升。(3) t3时刻，Vds上升到Vi+Vc，此时漏感Lr中的能量通过辅助开关管S2的体二极 管存储到钳位电容Cr中。钳位电容Cr两端的电压线性上升。(4) t4时刻，漏感Lr中的能量全部被钳位电容Cr吸收，Cr两端的电压上升到一个 稳定的值，小于设定的电压门限，保持不变。原边电流Ip下降到零。激磁电感Lm存储的能 量被释放到输出侧，Ilm线性下降，输出整流二极管D导通。(5)t5时刻，若钳位电容Cr吸收的能量达到了门限值，则直接进入t6时亥lj。若没 有，则电路重复上个周期的动作。由于上一个周期存储在钳位电容Cr中的漏感能量没有释 放，所以钳位电容Cr能量在上一个周期的基础上再次增加，钳位电容Cr两端的电压也再次上升到一个稳定值。经过几个周期的时间，钳位电容Cr两端的电压会呈现一个阶梯状的增长。(6) t6时刻，钳位电容Cr两端的电压达到了门限电压，通过分压电阻将电压Vr与 Vref比较，辅助开关管S2被开通，钳位电容Cr和漏感Lr谐振，钳位电容Cr立即放电。Cr 中的能量一部分通过变压器释放到输出端，一部分存储到漏感中。〖7原边电流Ip放电到最 大值，随后反向增大。(7) t8时亥lj，辅助开关管S2被关断，漏感Lr和寄生电容Cl谐振。寄生电容Cl放 电，Vds下降。(8)t9时刻，原边开关管Sl漏源两端电压Vds下降到零。为了防止Sl和S2的共 通，此时Sl仍处于关断状态。直到下个周期到来时，将原边开关管Sl开通，此时Sl实现了 零电压开通。
权利要求
1.一种有源钳位反激变换器辅助开关管S2的控制方法，其特征在于原边开关管Sl 每个周期都开通，辅助开关管S2则是通过电压门限控制电路1来控制的。原边开关管Sl 关断时，漏感能量通过有源钳位电路中的二极管D2给钳位电容Cr吸收，通过设定基准电压 Vref,当电容Cr上的通过电阻分压得到的电压Vr超过基准电压Vref时，开通辅助开关管 S2。
2.权利要求1所述的一种有源钳位反激变换器辅助开关管S2的控制方法，其电压门限 控制电路1的特征在于，电阻Rl的一端和辅助开关管S2的漏极相连接，电阻Rl的另一端 和电阻R2相连。通过电阻Rl和R2分压得到电压Nr,电压Vr与比较器1的同相端连接，基 准电压Vref与比较器1的反相端相连接。比较器1的输出端直接和辅助开关管S2的栅极 相连接或经过放大电路放大后与辅助开关管S2的栅极相连接。
3.权利要求书1和权利要求书2所述的一种有源钳位反激变换器辅助开关管S2的控 制方法，其电压门限控制电路2的特征在于，比较器1的输出端与SR锁存器1的R端相连， SR锁存器1的S端与一个驱动信号Vpulse相连，驱动信号Vpulse高电平必须在原边开关 管Sl的开通信号来临之前设置。SR锁存器1的输出端Q’直接和辅助开关管S2的栅极相 连接或经过放大电路放大后与辅助开关管S2的栅极相连接。控制电路中使用了一个由异 或门构成的SR锁存器。其中SR锁存器的特性如下表
全文摘要
一种涉及有源钳位反激变换器辅助开关管的控制方法。反激变换器因为变压器漏感和线路漏感的存在，造成了能量损耗严重和主开关管的电压尖峰。目前解决方法主要有RCD钳位，LCD钳位和有源钳位。其中有源钳位电路能够有效的回收漏感能量，显著的提高效率。本发明在现有的有源钳位反激变换器拓扑上，提出了一种新的控制方法。原有的控制方法中，原边开关管和辅助开关管每个周期都互补导通。本发明的控制方法中，原边开关管每个周期都开通，辅助开关管则是通过设定钳位电路中钳位电容的电压来控制的，只有当钳位电容的电压达到所设定的值时，才将辅助开关管开通。本发明相对于现有的技术，可以降低辅助开关管的开关损耗，重要的是可以大大提高电路在轻载下的效率，降低空载损耗。
文档编号H02M3/335GK102122890SQ20101050246
公开日2011年7月13日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者倪建军, 刘硕, 张方华 申请人:南京航空航天大学