一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法与流程

本发明涉及一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法，尤其涉及一种能够在开关电源全桥驱动电路工作在死区(dead time)状态时控制开关电源输出通断的技术，属于开关电源输出控制技术领域。

背景技术：

全桥相移式开关电源是一种常用直流电源拓扑结构，具有输入电压范围宽、转换效率高、输出纹波小和工作稳定等特点，被广泛运用于高电压、大功率直流电源。普通的全桥相移式开关电源存在着不在死区开关机时对开关管和负载冲击较大的缺陷，容易造成开关管和负载的性能下降甚至损坏。采用输出死区控制电路的全桥相移式开关电源，可有效减小对开关管和负载的冲击和损害，提高开关电源的可靠性和负载的安全性。

与本发明相关的典型文章共4篇，下面分别对其剖析：

《微电子技术》第39卷第1期中“用于降压DC-DC转换器的死区时间控制电路”一文介绍了降压DC-DC转换器的死区时间的产生原理，提出了一种死区时间的控制电路，通过检测负载上的电流，动态调节死区延时，减小体二极管的导通时间，抑制振铃现象的产生，在一定程度上改善了电源输出电压的质量，未涉及利用死区时间控制开关机技术。

《电子工程世界》2014年第9期中“开关电源多路输出技术的控制方法”一文中针对多路输出技术中一个重要性能指标就是负载交叉调整率的问题，提出了恒流源实现多路输出和PWM—PD多路输出技术，改善多路输出开关电源交叉调整率，未涉及利用死区时间控制开关机技术。

《中国水运(下半月)》2008年12期中“逆变器主电路开关控制信号死区产生研究”一文中根据中、高压逆变器主电路和对输入的开关控制信号有严格死区要求的特点，提出了开关控制信号死区产生与调整的模拟实现方法和数字实现方法，着重给出了数字方法实现的设计思路和部分源代码，未涉及利用死区时间控制开关机技术。

《2011年中国电工技术学会学术年会论文集》中“零压零法流软开关焊接逆变电源死区自适应移相控制系统”一文中针对采用辅助谐振网络的移相控制全桥功率变换电路，在分析超前臂和滞后臂功率器件开关切换死区时间上下限的基础上，揭示了软开关谐振过程对死区时间上下限和可控时间的要求随电源工作状态(特别是输出电流)变化的规律。提出了应用死区时间自适应调节的移相控制方法，使死区时间与受电路能量影响的谐振过程始终保持协调配合，实现了两臂功率器件全负载范围的软开关。并通过对控制系统校正环节参数的合理设计，根据软开关控制的特点动态调整校正环节的静态工作点，使焊接电源系统获得了良好的静动态控制效果。

以上文献要么通过对死区时间的控制减小开关电源输出的振铃，要么使死区时间与受电路能量影响的谐振过程始终保持协调配合，实现了两臂功率器件全负载范围的软开关，在一定程度上减小了电源输出纹波，改善了电源输出的质量，但仍存在着任意时刻开关机造成对开关管和负载电压冲击损坏的风险。该发明利用死区时间控制电源的来关机就是为了减小开关机对开关管和电源负载的电压冲击，提高开关电源的可靠性和负载的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有全桥相移式开关电源在开关机时对开关管和负载产生电压冲击的技术缺陷，提出了一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法。

具体地说，本发明的技术核心为：通过全桥相移驱动电路死去提取技术、电源输出触发与控制技术，保证相移式全桥驱动电路工作在死区状态时控制开关电源输出的通断。

为了达到上述目的，本发明一种全桥相移式电流开关电源输出控制系统和方法包含一种全桥相移式开关电源输出控制系统和一种全桥相移式开关电源输出控制方法。

其中，一种全桥相移式开关电源输出控制系统主要包括死区提取电路、输出触发电路和输出控制电路；

其中，死区提取电路主要由3个与非门和2个D触发器组成；输出触发电路主要由2个D触发器组成；输出控制电路由4个与门组成；电源为全桥相移式开关电源；

一种全桥相移式开关电源输出控制系统的连接关系如下：

全桥相移式驱动电路(1)和或非门(6)、或非门(7)、与门(13)、与门(14)连、与门(15)、与门(16)连接；或非门(6)和全桥相移式驱动电路(1)、D触发器(8)连接；或非门(7)和全桥相移式驱动电路(1)、D触发器(9)连接；D触发器(8)和或非门(6)、或非门(10)连接；D触发器(9)和或非门(7)、或非门(10)连接；或非门(10)和D触发器(8)、D触发器(9)、D触发器(11)连接；D触发器(11)和或非门(10)、D触发器(12)连接；D触发器(12)和D触发器(11)、与门(13)、与门(14)、与门(15)、与门(16)连接；与门(13)和相移式驱动电路(1)、D触发器(12)、全桥开关电路(5)连接；与门(14)和相移式驱动电路(1)、D触发器(12)、全桥开关电路(5)连接；与门(15)和相移式驱动电路(1)、D触发器(12)、全桥开关电路(5)连接；与门(16)和相移式驱动电路(1)、D触发器(12)、全桥开关电路(5)连接；全桥开关电路(5)和与门(13)、与门(14)、与门(15)、与门(16)连接；

一种全桥相移式开关电源输出控制系统中各模块的功能如下：

死区提取电路(2)从全桥相移式驱动电路(1)提取出和死区等宽的脉冲信号；输出触发电路(3)在接收到ON/OFF触发电平后，输出高或低电平到输出控制电路；输出控制电路(4)控制全桥开关电路(5)的通断；

一种全桥相移式开关电源输出控制方法，包括如下步骤：

步骤1.接通一种全桥相移式开关电源输出控制系统的电源后，全桥相移式驱动电路A、B、C、D端分别输出脉冲信号；

其中，脉冲信号为TTL电平；

步骤2.步骤1输出的A、B、C、D四路脉冲信号，进入死区提取电路，具体为：

2.1A、B脉冲信号分别进入或非门后进入D触发器后输出A/B脉冲信号；

2.2C、D脉冲信号分别进入或非门后进入D触发器后输出C/D脉冲信号；

2.3A/B和C/D脉冲信号分别进入或非门后输出dead time脉冲信号；

步骤3.步骤2所产生的dead time脉冲信号进入输出触发电路产生输出触发脉冲信号；

步骤4.步骤3所产生的输出触发脉冲信号经过输出控制电路产生开关电源通断控制信号；

至此，从步骤1至步骤4，完成了一种全桥相移式开关电源输出控制方法。

有益效果

一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明能够在全桥驱动电路死区时开关机，可有效减小对开关管和负载的冲击，提高开关电源的可靠性和负载的安全性。

附图说明

图1是本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法的电路组成框图；

图2是本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法的实施例电路图；

图3是本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法实施例工作时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以下详细描述。

实施例1

本实施例叙述了本发明所提出的一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法的组成及工作过程。

图1是本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法的电路组成框图。

由图1可以看出，实现本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法的电路一般包括死区提取电路(2)、输出触发电路(3)和输出控制电路(4)。

图2是本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法的实施例电路图。

由图2可以看出，死区提取电路(2)由或非门(6)、或非门(7)、D触发器(8)、D触发器(9)和或非门(10)组成；输出触发电路(3)由D触发器(11)和D触发器(12)组成；输出控制电路(4)，由与门(13)、与门(14)、与门(15)和与门(16)组成。

图3是本发明一种全桥相移式开关电源输出控制系统和方法实施例工作时序图。

由图3可以看出，脉冲信号水平方向代表时间，脉冲信号纵向方向代表电压，虚线代表脉冲信号时序。A脉冲信号由全桥相移式驱动电路(1)A相端输出；B脉冲信号由全桥相移式驱动电路(1)B相端产生输出；C脉冲信号由全桥相移式驱动电路(1)C相端产生输出；D脉冲信号由全桥相移式驱动电路(1)D相端产生输出；A/B脉冲信号由死区提取电路(2)中或非门(6)产生输出；C/D脉冲信号由死区提取电路(2)中或非门(7)产生输出；dead time脉冲信号是A、B脉冲信号和C、D脉冲信号经D触发器(8)和D触发器(9)整形后，由或非门(10)产生输出。

本发明的工作过程如下：

电源供电以后，全桥相移式驱动电路(1)开始工作，输出图3所示的A、B、C、D四路信号，A、B信号经死区提取电路(2)中或非门(6)后，输出图3所示的A/B信号；C、D信号经死区提取电路(2)中或非门(7)后，输出图3所示的C/D信号。A/B、C/D信号经死区提取电路(2)中的D触发器(8)、D触发器(9)进行脉冲整形，然后经死区提取电路(2)中的或非门(10)输出图3中和死区等宽的脉冲信号dead time。该脉冲信号经过输出触发电路(3)的一个D触发器(11)进行脉冲整形，将此脉冲作为开关机触发电路一个D触发器(12)的时钟。当输出触发电路(3)中的D触发器(12)接收到开关机触发信号ON/OFF时，输出触发电路(3)中的D触发器(12)输出高电平(开机时)或低电平(关机时)。输出触发电路3中的D触发器(12)输出的触发信号给输出控制电路(4)的与门(13)、与门(14)、与门(15)、与门(16)，当输出高电平时全桥开关电路(5)开始工作；当输出低电平时全桥开关电路(5)停止工作。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。