一种不对称半桥反激变换器及其实现方法

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，涉及一种不对称半桥反激变换器及其实现方法。

背景技术

随着电力电子技术应用的快速发展，人们对开关变换器的小体积、高效率和高可靠性要求越来越高。反激变换器由于其拓扑简单，元器件少等特点，在小功率开关电源中被广泛运用；但由于普通反激变换器原边开关管的硬开关，以及漏感能量的消耗无法回收，导致损耗较大，不适用于低电压、大电流的应用场合。

不对称半桥反激变换器可以实现零电压开通(ZVS)，通过电流将其寄生电容中的电抽走，在开关管开通前使开关管两端电压下降到零，从而大大降低原边开关管的损耗，提高效率。

传统的不对称半桥反激变换器常采用互补控制方法。在轻载情况下，由于辅助管导通时间变长，励磁电感负电流变大，导致辅助管的导通损耗和关断损耗明显增加；导致轻载效率较低。

此外，采用传统控制方式的不对称半桥反激谐振拓扑在轻载下还存在同步整流误触发的问题。其原边主开关管断开时等效电路如图1所示。谐振电感L

其中，t

从式(2)可以看出，当V

针对上述问题，可将传统的原边谐振不对称半桥反激变换器修改为副边谐振不对称半桥反激变换器，即通过在副边增加谐振元件实现，如图4所示。在该电路结构中，谐振初相大于90°，可以有效地解决同步整流管误关断的问题，但增加了器件和电路成本，同时也增加了损耗。

另外，针对不对称半桥反激谐振变换器负载轻载效率的优化，传统的方法一般是根据误差放大器输出的误差放大信号判断负载情况来实现降频控制或者打嗝控制。而所述误差放大信号受到输入电压和负载波动的双重影响，无法准确判断负载变换。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种不对称半桥反激谐振变换器及实现方法，通过引入励磁电流模拟电路，可在原边获得副边整流管电流波形以及负载电流值。进而根据检测的副边整流管电流过零点关断辅助开关管，并根据得到的负载电流值进行自适应降频，实现变换器全负载范围效率优化。此外，所述装置还可解决原边谐振型不对称半桥反激变换器的副边整流管电流跌落问题。

本发明的技术方案为：一种不对称半桥反激变换器，包括不对称半桥反激谐振电路、励磁电流模拟电路和控制电路，其中，

所述不对称半桥反激谐振电路包括：一个开关桥臂，包括原边主开关Q

所述励磁电流模拟电路由辅助电阻R

所述控制电路与不对称半桥反激谐振电路和励磁电流模拟电路分别连接，控制电路根据接收的不对称半桥反激谐振电路原边侧的电流采样信号V

优选地，所述不对称半桥反激谐振电路还包括采样电阻R

优选地，所述辅助电阻R

优选地，所述辅助电阻R

优选地，所述控制电路根据判断出的负载情况控制所述不对称半桥反激谐振电路进入不同的工作模式，工作模式包括原边主开关和辅助开关互补工作模式、开关最高工作频率受限且原边主开关和辅助开关非互补工作模式、开关频率随负载下降而降低且原边主开关和辅助开关非互补工作模式或打嗝模式。

优选地，所述控制电路在原边主开关和辅助开关非互补工作模式下，在原边主开关开通前产生一个窄脉冲控制辅助开关导通，使原边主开关零电压开通。

优选地，所述控制电路接收反映所述不对称半桥反激谐振电路输出电压信息的反馈信号V

优选地，所述反映输出电压信息的反馈信号V

优选地，所述控制电路接收反映所述不对称半桥反激谐振电路的励磁电感电流过零信息的信号ZCD，控制原边主开关Q

基于上述目的，本发明还提供了一种不对称半桥反激变换器的实现方法，采用上述的不对称半桥反激变换器，包括以下步骤：

S10，在不对称半桥反激谐振电路的原边侧引入由辅助电阻R

S20，利用采样电阻R

S30，将所述电流采样信号V

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过在不对称半桥反激谐振电路原边侧引入励磁电流模拟电路，模拟出变压器励磁电流，与原边采样的电流信号进行相加或叠加之后产生可以反映副边整流管电流波形的电流合成信号，利用该电流合成信号检测副边电流的区间和负载电流情况，控制辅助管的导通时间跟随副边整流管导通区间变化，同时使得变换器工作频率随负载变化自适应降频，提高了变换器轻载效率。与此同时，本发明的控制方法可以使得原边谐振电容在谐振时的初始值大于该时刻励磁电感两端的电压，解决了传统原边谐振的不对称半桥反激变换器中副边整流管电流跌落的问题，消除了同步整流管误关断的隐患。

附图说明

图1为现有技术原边谐振的不对称半桥反激变换器电流跌落过程原边等效电路图；

图2为现有技术原边谐振的不对称半桥反激变换器原边谐振原副边电流波形图；

图3为现有技术原边谐振的不对称半桥反激变换器原边谐振等效电路图；

图4为现有技术副边谐振的不对称半桥反激变换器电路图；

图5为本发明实施例1的不对称半桥反激谐振变换器的电路原理图；

图6为本发明实施例1的不对称半桥反激谐振变换器在非互补控制模式下的波形图；

图7为本发明实施例2的不对称半桥反激谐振变换器的电路原理图；

图8为本发明实施例2的不对称半桥反激谐振变换器在非互补控制模式下的波形图；

图9为本发明实施例3的不对称半桥反激谐振变换器的电路原理图；

图10为本发明实施例3的不对称半桥反激谐振变换器在非互补控制模式下的波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

参见图5，不对称半桥反激谐振电路包括：

原边主开关Q

副边整流管Q

励磁电流模拟电路，励磁电流模拟电路由辅助电阻R

控制电路101，控制电路101的GND引脚接参考地，ZCD引脚接收变压器T的辅助绕组W

根据图5可以得到变换器原副边电流关系，

i

其中，n为变压器原副边匝比。可见，采样电阻R

参照图6所示图5本发明装置的在非互补控制模式时的主要波形对辅助电容C

假设变换器的工作频率是f

只要选取合适的R

进一步可以得到辅助电容C

假设变压器T的电感量为L

其中V

通过检测V

根据上述分析可知，电流合成信号V

控制电路101根据电流合成信号V

或者，控制不对称半桥反激谐振电路在低压重载情况下工作于原边主开关和辅助开关互补工作模式；在高压重载，进入开关最高工作频率受限的限频模式，且原边主开关和辅助开关非互补工作；在较轻载情况下，进入开关频率随负载变小而降低的降频模式工作以及原边主开关和辅助开关非互补工作模式；在极轻载时，变换器进入打嗝模式。

实施例2

参见图7，不对称半桥反激谐振电路包括：

原边主开关Q

副边整流管Q

励磁电流模拟电路，励磁电流模拟电路由辅助电阻R

控制电路101，控制电路101的GND引脚接参考地，ZCD引脚接收变压器T的辅助绕组W

图8为实施例2在非互补控制模式时的主要波形。本实施例中，励磁电流模拟信号V

实施例3

参见图9，不对称半桥反激谐振变换器包括：原边主开关Q

副边整流管Q

励磁电流模拟电路，励磁电流模拟电路由辅助电阻R

控制电路101，控制电路101的GND引脚接参考地，ZCD引脚接收与辅助开关Q

图10为实施例3在非互补控制模式时的主要波形。本实施例中，辅助电容C

与图5所示实施例1相比，实施例3中采样电阻R

电流合成信号V

本发明也可以与现有技术相结合，如，控制电路101也可以在原边主开关和辅助开关非互补工作模式下，在原边主开关开通前产生一个窄脉冲控制辅助开关导通，使得原边主开关零电压开通。

本发明还提供一种不对称半桥反激谐振变换器的实现方法，包括以下步骤：

S10，在不对称半桥反激谐振电路的原边侧引入由辅助电阻R

S20，利用采样电阻R

S30，将电流采样信号V

本发明包括的具体模块本领域技术人员可以在不违背其精神的前提下可以有多种实施方式，或通过各种不同的组合方式形成不同的具体实施例，这里不再详细描述。

无论上文说明如何详细，还有可以有许多方式实施本发明，说明书中所述的只是本发明的若干具体实施例子。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明实施例的上述详细说明并不在穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实施例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行各种等同修改。

在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及其控制方式的细节在其实行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。

如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。