反馈控制方法和基于该方法的不对称半桥式反激变换器的控制方法及两方法的实现电路的制作方法_3

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该拐点,并将拐点信息传递至控制器,以实现对输出电压的检测与控制。
[0045] 下文将分析不对称半桥反激变换器非互补DCM模式下的工作原理及该模式下不 对称半桥反激变换器原边反馈控制实现过程。
[0046] 第一实施例
[0047] 图5示出了本发明实施例开关变换器原理框图,一种非互补DCM条件下不对称半 桥反激原边反馈控制变换器,包括反激电路和原边反馈电路,反激电路包括原边电路和副 边输出整流滤波电路,其中,原边电路由隔直电容C3、主开关M0S管QH、钳位开关M0S管QL 与变压器的原边绕组Np 1连接而成,副边输出整流滤波电路由副边绕组Ns 1与电容C4、二 极管D1连接而成。其具体连接关系是,输入电压Vin+连接至N-M0S管QH漏极,N-M0S管 QH源极经电容C3连接至反激变压器T1原边绕组Npl异名端(图5中绕组N P1不带黑点的 那一端),原边绕组NP1的同名端(图5中原边绕组NP1带黑点的那一端)经漏感Llk连接 至N-M0S管QL的源极,漏感Llk与N-M0S管QL的源极的公共节点连接至原边地;N-M0S管 QL的漏极连接至N-M0S管QH源极与电容C3的公共节点;
[0048] 反激变压器T1原边绕组Np2即为辅助绕组,其异名端(图5中绕组NP2不带黑点的 那一端)连接至原边地,原边绕组NP2的同名端(图5中原边绕组NP2带黑点的那一端)经 两个串联电阻R3、R4连接至原边地,电阻R3、R4的公共节点连接至控制1C检测引脚VS ;
[0049] 副边绕组NS1、二极管D1,电容C4组成变换器的输出端,副边绕组NS1的同名端连接 二极管D1的阳极,二极管D1的阴极连接输出端正极,副边绕组NS1的异名端连接输出端负 极,电容C4 一端连接输出端正极,另一端连接输出端负极;
[0050] 控制1C为普通的反激原边反馈控制芯片如德州仪器的UCC28701,或功能近似的 控制1C,它包括(但不限于)电压检测VS引脚、PWM驱动Drv引脚。控制1C的Drv引脚输 出GSL1信号经脉冲处理电路后输出两路驱动信号GSH2、GSL2,脉冲处理电路如图6所示。
[0051] 控制1C输出的驱动信号GSL1经电容C2与电阻R2相连,电阻R2的另一端连接至 原边地,电容C2、电阻R2的公共端连接至触发器b输入端。电容C2、电阻R2及触发器b组 成微分电路。控制1C输出的驱动信号GSL1经微分电路处理后输出GSL2信号,GSL2信号 通过电阻R6输入至N-M0S管QL栅极,控制N-M0S管QL导通、关断。
[0052] 控制1C输出的驱动信号GSL1经电阻R1与电容C1相连,电容C1的另一端连接至 原边地,电容C1、电阻R1的公共端连接至触发器a输入端。电容C1、电阻R1及触发器a组 成积分电路,输入端驱动信号GSL1经积分电路处理后输出GSH2驱动信号,GSH2信号经隔 离驱动电路后通过电阻R5输入至N-M0S管QH栅极,控制N-M0S管QH导通、关断。
[0053] 参见图5所示电路的连接关系,结合图6、7电路相关节点电压、电流波形,讲述一 下工作原理:
[0054] 本发明工作原理如下:
[0055] 在不对称半桥反激变换器稳态工作阶段,假定以T0为起始时刻,GSL1为高电平信 号,该信号经微分电路处理后(处理及传输延时忽略不计)输出脉冲宽度固定的高电平信 号GSL2(高电平信号GSL2作用时间对应图7中的T0-T1阶段),GSL2信号为高电平的时间 长短只与微分电路参数R2、C2有关,与GSL1高电平时长无关;同时刻,高电平信号GSL1经 积分电路处理后(受Rl、C1充电回路影响,处理及传输延时不可忽略不计,计为死区时间, 对应图7中的T1-T2阶段)输出驱动信号GSH2(高电平信号GSH2作用时间对应图7中的 T2-T3阶段),GSH2的高电平脉冲宽度不固定,随控制1C输出驱动信号GSL1导通时长的变 化而变化。
[0056] T0-T1时间内,该阶段对应图6中GSL2信号为高电平时刻,整流二极管D1正向导 通,漏感能量和隔直电容上面的能量通过正激过程传递到副边,励磁电流负向线性上升;同 时,漏感Llk、隔直电容C3发生谐振,原边电流按近似正弦波轨迹谐振,此时隔直电容上面 存储的能量通过正激过程也向副边释放,原边电流进入负向;
[0057] T1-T2时间内,上、下管QH、QL均处于关断状态,在这段时间内漏感与原边励磁电 感均需续流,因此QH、QL漏源极间结电容、隔直电容、漏感、原边电感发生谐振,抽取M0S管 QH结电容的能量,VdsH电压下降,同时给QL的结电容充电,VdsL电压上升,T2时刻QL管 的漏源极间电压达到最高,QH管的漏源极间电压被抽到零电压;
[0058] T2-T3时间内,在T2时刻,上管驱动信号VGSH为高电平,上管开通,T2-T3时间段 内(该阶段对应图6中GSH2信号为高电平时刻)输入端的能量通过QH、隔直电容C3、漏感 Llk和原边绕组Npl这一回路给变压器激磁,激磁电流首先从负向线性减小到零以后继续 线性增加,直到隔直电容C3上的电流和励磁电流重合,副边整流二极管D1反向截止,到T3 时刻,上管QH关断;
[0059] T3-T4时间内,上、下管QH、QL均处于关断状态(从T4时刻起,一直到T7时刻,图 6中GSH2、GSL2信号均为低电平),在这段时间内漏感与变压器原边励磁电感均需要续流, 因此上、下管QH、QL漏源极间结电容、隔直电容C3、漏感Llk、原边电感发生谐振,抽取QL结 电容的能量,VdsL电压下降,同时给QH的结电容充电,VdsH电压上升,T3时刻QH的结电容 电压达到最高,QL的结电容电压被抽到零电压;
[0060] T4-T5时间内,整流二极管D1正向导通,变压器原边存储的能量向副边释放,励磁 电流线性下降,原边漏感电流续流,与隔直电容发生谐振,此时电流通过下管QL的体二极 管进行续流,到达T5时刻的时候漏感电流续流结束,电压反相,下管QL的体二极管电压反 向截止,阻断谐振回路,原边电流变为零;
[0061] T5-T6时间段内,变压器继续向副边提供能量,励磁电流继续线性下降,QH、QL两 管的漏源极电压保持不变,副边整流二极管D1继续导通,T6时刻励磁电流复位到零,整流 二极管D1的电流自然下降到零;
[0062] T6-T7时间段内,变压器励磁电感不被钳位,所以漏感、变压器原边电感、QH、QL两 管漏源极间结电容发生谐振(因隔直电容C3容量较大,其两端电压波动较小,该阶段,可认 为隔直电容C3不参与谐振),上管QH和下管QL漏源极间结电容相串联,然后与输入端并 联,所以谐振时候两管结电容电压之和等于输入电压,这段时间是和互补模式下不对称半 桥反激工作的控制方式最大的区别,T7时刻下管QL开启,这样就完成一个周期,接着继续 按照同样的工作过程重复工作;
[0063] 原边反馈的控制方式在T6-T7阶段实现,T6时刻原边励磁电感复位完毕,变压器 T1原边绕组Npl (对应原边电感)、谐振电容C3、漏感Llk、M0S管QH、QL漏源极之间寄生电 容开始谐振,起振瞬间,M0S管QH漏源极之间电压迅速下降,形成"拐点"(如图7所示QH的 VDSH电压波形),原边电感两端电压同步变化,因原边绕组与输出绕组、辅助绕组相耦合, 起振瞬间,原边电感两端电压与输出绕组两端电压即输出电压成匝比关系,同样,辅助绕组 两端电压与输出绕组两端电压成匝比关系。
[0064] 设定二极管D1正向导通压降为VF1,原边绕组NP1匝数为N P11,辅助绕组NP2两端的 耦合电压为VP12,辅助绕组NP2匝数为N P12,副边绕组NS1绕组匝数为N S1,对应的耦合电压为 V^,Vraf为控制1C内部参考电压基准,该值保持固定不变,则辅助绕组NP2两端的电压V P12与副边绕组NS1两端电压V _之间的数学关系为:
[0066] 则辅助绕组NP2两端的电压VP12与1C内部参考电压基准V" f之间的数学关系为:
[0068] 进一步的,可以得到输出电压Vout与1C内部参考电压基准Vraf、辅助绕组圈数 NP12、输出绕组圈数NS1、分压电阻R3、R4之间的数学关系为:
[0070] 变换器输出电压与副边绕组两端电压之间的数学关系为:
[0071] VD= vout-vF1
[0072] 因此,通过辅助绕组检测到该拐点,并将拐点信息传递至控制器,以实现对输出电 压的检测与控制,一旦固定Np12、NS1、R3、R4就可以通过原边反馈控制保证输出电压不变。
[0073] 本专利技术的优点显而易见:(1)从拓扑本身来看,不对称半桥反激能够实现软 开关,效率尚;输出电压与占空比有关,可通过调节占空比的方式提尚其电压调整率;变压 器工作于一、三现象,磁芯利用率高,体积优势;(2)从安规要求上来看,其变压器匝数较 少,更容易降低原、副边之间隔离电容容量,进一步的,它有较强的漏感处理能力,为满足更 高耐压等级的隔离要求可采用原副边绕组分槽绕制的方式。因此安规要求、EMC要求易于实 现;⑶从成本上来看,不对称半桥比反激多了一个低压开关管,多一颗陶瓷电容(容量、耐 压均较低,对成本几乎无影响),PWM信号
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