一种原边反馈有源钳位反激变换器恒压控制系统

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及一种原边反馈有源钳位反激变换器恒压控制系统。

背景技术

反激变换器在中小功率AC-DC变换器中应用广泛，是一种非常有效的解决方案，相比传统的基于光耦的副边反馈反激变换器，其去除了光耦及对应电路，具有电路简单、稳定性高及体积和成本低等优点，在手机充电器中应用的十分广泛。但是由于漏感和主开关寄生电容之间的寄生谐振，电力变压器的漏感会导致高功率损耗和电压尖峰。通常，需要一个耗散箝位电路来耗散泄漏能量并抑制电压尖峰。如何进一步提高反激变换器的效率仍然是一个挑战。

为了解决传统反激变换器漏感带来的电压尖峰及能量损耗，可以采用原边反馈有源钳位反激变换器，利用钳位电路代替了传统RCD滤波电路，不仅可以回收漏感能量，还可以实现开关管的软开关，在提高系统工作频率的同时提升了系统的工作效率。但是目前原边反馈有源钳位反激变换器的使用依然存在众多难点，其中如何实现CCM模式下变换器的高精度采样是其中难点之一，因为在CCM连续电流模式下，输出二极管电流I

为了实现原边反馈有源钳位反激变换器CCM模式下的高精度采样，目前最主要的解决办法是补偿输出二极管的导通压降，其主要原理是计算出采样时刻的输出二极管电流I

综上所述，针对原边反馈有源钳位反激变换器CCM模式的恒压控制，提出一种准确高效，易于实现的采样方法是十分必要的。

发明内容

为解决有源钳位反激变换器CCM模式恒压控制采样问题，本发明提出了一种原边反馈有源钳位反激变换器恒压控制系统，确定了新的有效采样位置并可以对其进行有效采样，在有源钳位反激变换器CCM以及DCM实现高精度的输出电压控制，实现难度低，准确性高，且易于推广。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种原边反馈有源钳位反激变换器恒压控制系统，与主拓扑结构构成一个闭环；主拓扑结构采用的是原边反馈有源钳位反激变换器，输出信号为辅助绕组反馈电压V

该控制系统包括采样模块、辅助开关管导通时间计算模块、PID控制模块和开关管控制模块；其中，

所述采样模块在输出二极管和辅助开关管均导通时刻对辅助绕组反馈电压V

所述PID控制模块通过PID方法得到峰值电流目标值I

所述辅助开关管导通时间计算模块的输入为峰值电流目标值I

所述开关管控制模块的输入为辅助开关管导通时间控制参数T

本发明能够通过原边反馈控制实现较高精度的恒压输出。

进一步地，为了使得所提出的采样时刻T

进一步地，所述主开关管M1关断后不同充电阶段斜率设计包括：

充电阶段一：主开关管M1关断时，记当前时刻为t

原边电流I

/>

充电阶段二：在t

可以看到由于C

充电阶段三：在t

其中R

t

V

此时输出电压V

V

V

考虑到k

采样模块对T

进一步地，所提出的PID控制模块，该模块输入信号是输出电压反馈电压V

进一步地，所述辅助开关管导通时间计算模块，该模块的输入信号是峰值电流目标值I

结合系统参数以及理论模型的分析计算，其详细计算过程在具体实施方式中介绍，可以得到辅助开关管M2导通时间控制参数T

进一步地，所提出的开关管控制模块，其输入信号是辅助开关管导通时间控制参数T

进一步地，主开关管M1占空比控制信号duty产生方法：以PWM工作模式为例，内置计时器counter_duty，由0开始计时，计时至Ts清零后继续计数，Ts为开关周期且由工作频率确定。当counter_duty＝0时，控制信号duty置1，主开关管M1导通，当V

辅助开关管M2占空比控制信号duty

重复上述的采样模块、PID控制模块、原边主回路开关管M1控制模块和钳位辅助开关管M2控制模块的计算能够使系统获得很好的恒压控制精度，同时，本方法不仅适用于CCM模式，同样适用于其他模式如DCM模式，适用多种有源钳位反激变换器数字恒压控制方案中。

与现有技术相比，本发明的显著效果为：

1、本发明通过采样辅助绕组电压上特定的采样时刻T

2、本发明提出的辅助绕组电压V

3、本发明不仅适用CCM连续电流模式，同样适用于DCM断续电流模式及其他模式，是一种适用面广且易于实现的采样方法；

4、本发明适用面广，适用于多种工作模式，简单易行，其采样思路可以推广至其它原边反馈控制或高低频开关变换器采样控制方法中。

附图说明

图1中的(a)为原边反馈有源钳位反激变换器传统DCM模式下关键波形图，图1(b)为原边反馈有源钳位反激变换器传统CCM模式下关键波形图。

图2是本发明整体控制系统框架图以及主拓扑电路图。

图3是所提出采样时刻T

图4中的(a)是实施例中CCM模式下充电阶段一等效电路图，图4中的(b)是实施例中CCM模式下充电阶段二等效电路图，图4中的(c)是实施例中CCM模式下充电阶段三等效电路图，图4中的(d)是实施例中CCM模式下辅助开关管导通阶段等效电路图。

图5中的(a)为采样T

图6是T

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1(a)与图1(b)，图1(a)为原边反馈有源钳位反激变换器传统DCM模式下关键波形图，图1(b)为CCM模式下关键波形图，其中I

参看图2，是本发明整体控制系统框架图以及主拓扑电路图，采用的是原边反馈有源钳位反激变换器。主拓扑电路应用原边反馈有源钳位反激变换器，变压器在输入端增加了辅助绕组N

参看图2所提出的控制模块，其输入信号为辅助绕组反馈电压V

参看图2所提出的采样模块，该模块输入信号是辅助绕组反馈电压V

为了使得所提出的采样时刻T

为实现该条件需要合理设计辅助开关管导通时间，其设计方法在辅助开关管导通时间计算模块里介绍。当系统满足该条件时，当主开关管M1关断后，钳位电容C

充电阶段一：主开关管M1关断时，对应图3中t

原边电流I

充电阶段二：在t

可以看到，由于C

充电阶段三：在t

其中R

t

V

参看图6为t

由于此时输出二极管电流I

V

V

考虑到k

所提出采样模块，参看图5为图2中采样模块的一种实现电路图。参看图5(a)，采样模块电路包括两个比较器，其中V

参看图5(b)，为△t计算模块原理分析图，由于V

所提出的PID控制模块，该模块输入信号是输出电压反馈电压V

辅助开关管导通时间计算模块，该模块的输入信号是峰值电流目标值I

辅助开关管导通时间计算：辅助开关管导通阶段，参看图4(d)，该阶段钳位电容放电，放电电荷量为Q

Q

通过上式计算可以得到辅助开关管M2导通时间控制参数T

因此，当φ

所提出的开关管控制模块，参看图2，其输入信号是辅助开关管导通时间控制参数T

主开关管M1占空比控制信号duty产生方法：以PWM工作模式为例，内置计时器counter_duty，由0开始计时，计时至Ts清零后继续计数，Ts为开关周期且由工作频率确定。当counter_duty＝0时，duty置1，主开关管M1导通，当V

辅助开关管M2占空比控制信号duty

重复上述的采样模块，辅助开关管导通时间计算模块，PID控制模块，开关管控制模块的计算能够使系统获得很好的恒压控制精度。

本发明通过在辅助绕组反馈电压V

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能人为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。