一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，包括變壓器、主開關(guān)管、鉗位開關(guān)管、鉗位電容和驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊向主開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端輸出用于控制主開關(guān)管交替導(dǎo)通與關(guān)斷的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊向鉗位開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端輸出鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有相同的周期，其每一個(gè)周期包括產(chǎn)生于主開關(guān)管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)的第一脈沖信號(hào)、產(chǎn)生于主開關(guān)管關(guān)斷狀態(tài)下并與所述第一脈沖信號(hào)相互獨(dú)立的第二脈沖信號(hào)、以及產(chǎn)生于其余時(shí)間并用于控制鉗位開關(guān)管關(guān)斷的信號(hào)，第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)均用于控制鉗位開關(guān)管導(dǎo)通。本發(fā)明能夠保證鉗位電容充電時(shí)的高頻電流全部流經(jīng)鉗位開關(guān)管，避開流經(jīng)鉗位開關(guān)管的反向體二極管。
【專利說明】一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源變換器，具體地說是一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著電力電子領(lǐng)域迅猛的發(fā)展使得開關(guān)變換器應(yīng)用的越來越廣泛，特別是人們對(duì)高功率密度、高可靠性和小體積的開關(guān)變換器提出了更多的要求。一般傳統(tǒng)的小功率AC/DC變換采用反激拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)；但是由于變壓器存在漏感的影響，反激變換器主開關(guān)管的電壓鉗位方式包括RC緩沖吸收、RCD鉗位，LCD鉗位以及有源鉗位。有源鉗位不但可以吸收漏感能量并以正激的形式將能量回饋到輸出端，而且可以充分利用漏感的能量實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，提高開關(guān)變換器的效率。
[0003]目前傳統(tǒng)反激有源鉗位變換器電路原理圖通常如圖1-1和圖1-2所示，開關(guān)變換器主開關(guān)管鉗位包括兩種鉗位方式，即NMOS開關(guān)管鉗位和PMOS開關(guān)管鉗位。以圖1-1為例，其穩(wěn)態(tài)工作時(shí)各點(diǎn)工作波形如圖3所示，Vgs_sw,Vgs_sa分別為主開關(guān)管Sw、鉗位開關(guān)管Sa的驅(qū)動(dòng)電壓波形，Vds_sw,Vds_sa分別為主開關(guān)管Sw、鉗位開關(guān)管Sa的電壓波形，Ic是鉗位電容Ce電流波形。其中，主開關(guān)管Sw和鉗位開關(guān)管Sa的驅(qū)動(dòng)電壓可由如圖2所示的PWM控制信號(hào)分時(shí)電路獲得。
[0004]假設(shè)主開關(guān)管Sw占空比為D，則鉗位開關(guān)管Sa占空比為(1_D)，為了避免主開關(guān)管Sw和鉗位開關(guān)管Sa共通需留有一定死區(qū)時(shí)間，工作周期為T。在TO時(shí)刻主開關(guān)管Sw導(dǎo)通，原邊電流流經(jīng)激磁電感Lm進(jìn)行激磁，變壓器激磁電流線性增加，副邊整流二極管D截止，變壓器存儲(chǔ)能量。在Tl時(shí)刻主開關(guān)管Sw關(guān)斷，原邊激磁電流給主開關(guān)管Sw輸出電容充電、鉗位開關(guān)管Sa輸出電容放電。當(dāng)鉗位開關(guān)管Sa漏源兩端電壓Vds_sa下降為零后其體二極管導(dǎo)通，T3時(shí)刻開通鉗位開關(guān)管Sa，實(shí)現(xiàn)了鉗位開關(guān)管Sa的零電壓導(dǎo)通。變壓器釋放能量，副邊整流二極管D導(dǎo)通，原邊激磁電感被副邊鉗位在-NVo，變壓器漏感ILk與鉗位電容Ce進(jìn)行諧振，經(jīng)過1/2個(gè)周期后T4時(shí)刻關(guān)斷鉗位開關(guān)管Sa，由于電感電流不能突變，此時(shí)主開關(guān)管Sw輸出電容放電、鉗位開關(guān)管Sa輸出電容充電，當(dāng)主開關(guān)管Sw漏源兩端電壓為零后其體二極管導(dǎo)通，在T6時(shí)刻主開關(guān)管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管Sw的零電壓導(dǎo)通。
[0005]由于鉗位電容值較大，原邊主開關(guān)管Sw漏源兩端電壓鉗位效果好，幾乎沒有高頻振蕩。同時(shí)有源鉗位實(shí)現(xiàn)了原邊主開關(guān)管Sw和鉗位開關(guān)管的零電壓開通，降低了開關(guān)損耗。
[0006]傳統(tǒng)反激有源鉗位變換器鉗位電路對(duì)諧振電感、鉗位電容參數(shù)敏感，參數(shù)比較固定，適用范圍小。而且鉗位電路循環(huán)能量大，在滿載情況下效率可以得到有效提升，但是輕載效率則很低。除此之外，傳統(tǒng)反激有源鉗位變換器只能應(yīng)用在定頻控制中，意味著輕載效率很難優(yōu)化。
[0007]針對(duì)如上所述問題的不足，浙江大學(xué)碩士論文“非互補(bǔ)反激有源箝位變換流器的研究”基于傳統(tǒng)反激有源鉗位變換器的優(yōu)勢，提出了一種輕載效率更高、控制靈活的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器控制策略，這種控制方法在保證反激變換器原邊主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)特性的前提下，可以采用變頻控制，輕載降頻；減小鉗位電路的循環(huán)能量，提高效率；減小鉗位開關(guān)管電流等級(jí)，降低電路成本。
[0008]非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器電路原理圖如圖1-1和圖1-2所示，與傳統(tǒng)反激有源鉗位變換器電路原理圖一樣，只是控制策略進(jìn)行了創(chuàng)新。非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器控制策略激磁電流連續(xù)工作模式和激磁電流斷續(xù)工作模式下穩(wěn)態(tài)工作時(shí)各點(diǎn)工作波形如圖4-1和圖4-2所不。
[0009]以圖1-1和圖4-1為例，其工作原理為:在TO時(shí)刻主開關(guān)管Sw導(dǎo)通，原邊電流流經(jīng)激磁電感進(jìn)行激磁，變壓器激磁電流線性增加，副邊整流二極管D截止，變壓器存儲(chǔ)能量。在Tl時(shí)刻主開關(guān)管Sw關(guān)斷,原邊激磁電流給主開關(guān)管Sw輸出電容充電、鉗位開關(guān)管Sa輸出電容放電。變壓器釋放能量，副邊整流二極管D導(dǎo)通，原邊激磁電感被副邊鉗位在-NVo，當(dāng)鉗位開關(guān)管Sa漏源兩端電壓降為零后其體二極管導(dǎo)通，變壓器漏感ILk與鉗位電容Ce進(jìn)行諧振，漏感能量傳遞到鉗位電容Ce中，由于鉗位開關(guān)管Sa體二極管具有單向?qū)ㄐ?，漏感能量諧振到鉗位電容Ce后鉗位回路斷開，能量一直儲(chǔ)存在鉗位電容Ce中。在T4時(shí)刻鉗位開關(guān)管Sa導(dǎo)通，副邊整流二極管導(dǎo)通，原邊激磁電感Lm被鉗位在-NVo，鉗位電容Ce與漏感進(jìn)行諧振，將鉗位電容能量傳遞到漏感。在T5時(shí)刻鉗位開關(guān)管Sa關(guān)斷，漏感電流不能突變，主開關(guān)管Sw輸出電容放電、鉗位開關(guān)管Sa輸出電容充電，當(dāng)住開關(guān)管Sw漏源兩端電壓為零后其體二極管導(dǎo)通，在T6時(shí)刻主開關(guān)管Sw開通，實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管Sw的零電壓開通。
[0010]與傳統(tǒng)反激有源鉗位控制方式不同，非互補(bǔ)反激有源鉗位控制在漏感向鉗位電容Ce里儲(chǔ)能過程中并沒有開通鉗位開關(guān)管Sa，高頻電流全部流經(jīng)鉗位開關(guān)管Sa的體二極管。通常體二極管反向恢復(fù)特性很差，快速電流變化率將導(dǎo)致鉗位開關(guān)管體二極管反向恢復(fù)電流增大，激磁電流連續(xù)工作模式下電路穩(wěn)態(tài)波形如圖5所示。體二極管反向恢復(fù)不但影響器件使用壽命，也增加了通態(tài)損耗，降低電路效率。而且主開關(guān)管Sw很難實(shí)現(xiàn)零電壓開通，這在一定程度上限制了電源的高頻化、小體積。
[0011]針對(duì)浙江大學(xué)的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器控制策略，現(xiàn)有技術(shù)采用如圖6所示方案，增加快恢復(fù)二極管Dl和D2解決上述問題。漏感向鉗位電容Ce儲(chǔ)能過程中高頻電流不經(jīng)過鉗位開關(guān)管Sa的體二極管，而是經(jīng)過快恢復(fù)二極管D2。在鉗位開關(guān)管Sa開通時(shí)鉗位電容Ce能量電流經(jīng)過快恢復(fù)二極管Dl進(jìn)行釋放，有效減小了鉗位回路能量損耗，更有利于主開關(guān)管Sw實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，為電源的高頻化、小體積提供了可行性。
[0012]采用如圖6所示方案雖然可以有效解決鉗位開關(guān)管Sa體二極管反向恢復(fù)特性引起的通態(tài)損耗，在小功率AC/DC變換中快恢復(fù)二極管Dl和D2所需的耐壓較高，其管壓降也相對(duì)較大，高頻電流流經(jīng)快恢復(fù)二極管Dl和D2時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的損耗，特別是快恢復(fù)二極管D2，損耗較嚴(yán)重。由于快恢復(fù)二極管Dl的阻斷作用，在主開關(guān)管Sw關(guān)斷時(shí)鉗位開關(guān)管Sa輸出電容無法釋放能量，鉗位開關(guān)管Sa無法實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，導(dǎo)致開通損耗較大。而且采用快恢復(fù)二極管，流經(jīng)高頻電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的EMI。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，能夠保證鉗位電容充電時(shí)的高頻電流全部流經(jīng)鉗位開關(guān)管，避開流經(jīng)鉗位開關(guān)管的反向體二極管。
[0014]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:[0015]一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，包括變壓器、主開關(guān)管、鉗位開關(guān)管、鉗位電容和驅(qū)動(dòng)模塊，變壓器的原邊繞組和主開關(guān)管串聯(lián)后用于輸入電壓信號(hào)，變壓器的副邊繞組用于輸出變換后的電壓信號(hào)，鉗位開關(guān)管和鉗位電容串聯(lián)后與變壓器的原邊繞組或者主開關(guān)管并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)模塊向主開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端輸出用于控制主開關(guān)管交替導(dǎo)通與關(guān)斷的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊向鉗位開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端輸出鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有相同的周期，其每一個(gè)周期包括產(chǎn)生于主開關(guān)管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)的第一脈沖信號(hào)、產(chǎn)生于主開關(guān)管關(guān)斷狀態(tài)下并與所述第一脈沖信號(hào)相互獨(dú)立的第二脈沖信號(hào)、以及產(chǎn)生于其余時(shí)間并用于控制鉗位開關(guān)管關(guān)斷的信號(hào)，所述第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)均用于控制鉗位開關(guān)管導(dǎo)通。
[0016]其中，所述的鉗位開關(guān)管在第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)期間導(dǎo)通，分別使得所述鉗位電容充電和放電，所述第二脈沖信號(hào)的脈沖寬度為鉗位電容由放電開始時(shí)刻至達(dá)到最大放電電流的時(shí)間，所述第一脈沖信號(hào)的脈沖寬度接近于第二脈沖信號(hào)的脈沖寬度。
[0017]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一脈沖信號(hào)與第二脈沖信號(hào)的脈沖寬度相
坐寸ο
[0018]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式,所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括主控制芯片、PWM脈沖分時(shí)電路和控制檢測電路；所述PWM脈沖分時(shí)電路將主控制芯片輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成相互隔離的所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，所述控制檢測電路通過檢測所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)來判斷所述主開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，并在主開關(guān)管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)輸出所述第一脈沖信號(hào)。
[0019]其中，所述的控制檢測電路包括延時(shí)電路、第一非門、與非門、第二非門、供電電源、恒流源、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第二電容和斯密特觸發(fā)器；所述延時(shí)電路的輸入端連接到所述PWM脈沖分時(shí)電路的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，延時(shí)電路的輸出端與第一非門的輸入端、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極連接，供電電源通過恒流源連接第一開關(guān)管的漏極，第一開關(guān)管的源極、第二開關(guān)管的漏極、第二電容的一端和斯密特觸發(fā)器的輸入端相連，第二開關(guān)管的源極和第二電容的另一端接地，第一非門和斯密特觸發(fā)器的輸出端分別連接與非門的兩個(gè)輸入端，與非門的輸出端連接第二非門的輸入端，第二非門的輸出端為控制檢測電路的輸出端，用于輸出所述第一脈沖信號(hào)。
[0020]所述的PWM脈沖分時(shí)電路集成在主控制芯片內(nèi)。
[0021]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括主控制電路和第二控制檢測電路；所述主控制電路包括時(shí)鐘振蕩發(fā)生器、用于形成所述第二脈沖信號(hào)的第二脈沖信號(hào)模塊、第二延時(shí)電路、邏輯電路、斜坡電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述第二控制檢測電路包括第三延時(shí)電路和第一脈沖信號(hào)模塊；所述時(shí)鐘振蕩發(fā)生器的輸出端一路連接到所述第二脈沖信號(hào)模塊的輸入端，另一路連接到第二延時(shí)電路的輸入端，第二延時(shí)電路和斜坡電路的輸出端分別連接到邏輯電路的兩個(gè)輸入端，邏輯電路的輸出端、驅(qū)動(dòng)電路的輸入端、斜坡電路的輸入端和第三延時(shí)電路的輸入端相連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端用于輸出所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第三延時(shí)電路的輸出端連接第一脈沖信號(hào)模塊的輸入端，第一脈沖信號(hào)模塊的輸出端用于輸出所述第一脈沖信號(hào)。
[0022]所述的主控制電路和檢測控制電路集成在一塊芯片內(nèi)。
[0023]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器還包括隔離驅(qū)動(dòng)電路；所述鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過該隔離驅(qū)動(dòng)電路輸入所述鉗位開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端。
[0024]其中，所述的隔離驅(qū)動(dòng)電路包括第一電容和第一二極管；所述第一電容的一端為隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，用于輸入所述鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一電容的另一端、第一二極管的陽極和所述鉗位開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端相連，所述第一二極管的陰極接地。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026]第一，本發(fā)明通過包括第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制鉗位開關(guān)管工作，第一脈沖信號(hào)控制鉗位開關(guān)管在主開關(guān)管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通，使漏感與鉗位電容諧振高頻電流全部流經(jīng)鉗位開關(guān)管Sa，從而避開流經(jīng)反向體二極管，當(dāng)漏感能量全部諧振至鉗位電容Ce后鉗位開關(guān)管Sa由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。在第二脈沖信號(hào)到來時(shí)，鉗位開關(guān)管Sa再次導(dǎo)通，將之前存儲(chǔ)在鉗位電容Ce的能量諧振傳遞至漏感，諧振期間漏感電流反向增加，在漏感反向電流最大處鉗位開關(guān)管Sa由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)有源鉗位變換器的非互補(bǔ)控制，并能夠在鉗位電容Ce儲(chǔ)能時(shí)使高頻電流有效避開其反向體二極管，提高了鉗位開關(guān)管Sa的可靠性，降低了鉗位回路通態(tài)損耗，能夠有效提升效率；
[0027]并且，相對(duì)于現(xiàn)有的非互補(bǔ)有源鉗位變換器(參見圖6)，本發(fā)明解決體二極管反向恢復(fù)影響器件使用壽命、增加通態(tài)損耗、降低電路效率的問題，并不需要增設(shè)快恢復(fù)二極管DI和D2，節(jié)約了成本，能夠降低由快恢復(fù)二極管弓I起的高頻振蕩，改善EMI，并能使得主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管都可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)高頻化、小體積。
[0028]第二，本發(fā)明將第一脈沖信號(hào)的脈沖寬度設(shè)置為接近于第二脈沖信號(hào)的脈沖寬度，確保了鉗位電容的安秒平衡，避免了由于第一脈沖信號(hào)的脈沖寬度過小，而可能引起的高頻電流部分會(huì)途徑鉗位開關(guān)管反并體二極管、引起通態(tài)損耗的問題，以及由于第一脈沖信號(hào)的脈沖寬度過大，而可能引起的鉗位電容能量反灌、造成能量損失、而不利于主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0030]圖1-1為反激有源鉗位變換器NMOS管鉗位電路原理圖；
[0031]圖1-2為反激有源鉗位變換器PMOS管鉗位電路原理圖；
[0032]圖2為PWM控制信號(hào)分時(shí)電路原理圖；
[0033]圖3為傳統(tǒng)反激有源鉗位變換器穩(wěn)態(tài)工作波形圖；
[0034]圖4-1為非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器激磁電流連續(xù)模式穩(wěn)態(tài)工作波形圖；
[0035]圖4-2為非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器激磁電流斷續(xù)模式穩(wěn)態(tài)工作波形圖；
[0036]圖5為非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器激磁電流連續(xù)模式有反向恢復(fù)電流穩(wěn)態(tài)工作波形圖；
[0037]圖6為現(xiàn)有技術(shù)中非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器的電路原理圖；
[0038]圖7-1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一 NMOS管鉗位的電路原理圖；
[0039]圖7-2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一 PMOS管鉗位的電路原理圖；
[0040]圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一檢測控制電路原理圖；
[0041]圖9為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】二 NMOS管鉗位的電路原理圖；[0042]圖10為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】二主控制芯片內(nèi)部邏輯電路原理圖；
[0043]圖11為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】二控制信號(hào)穩(wěn)態(tài)波形圖；
[0044]圖12為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的穩(wěn)態(tài)工作波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]實(shí)施例一
[0046]如圖7-1所示，本發(fā)明實(shí)施例一的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，包括變壓器T、主開關(guān)管Sw、鉗位開關(guān)管Sa、鉗位電容Ce、驅(qū)動(dòng)模塊和隔離驅(qū)動(dòng)電路，變壓器T的原邊繞組和主開關(guān)管Sw串聯(lián)后用于輸入電壓信號(hào)，變壓器T的副邊繞組用于輸出變換后的電壓信號(hào)，鉗位開關(guān)管Sa采用NMOS管，其與鉗位電容Ce串聯(lián)后與變壓器T的原邊繞組并聯(lián)。驅(qū)動(dòng)模塊向主開關(guān)管Sw的驅(qū)動(dòng)端輸出用于控制主開關(guān)管Sw交替導(dǎo)通與關(guān)斷的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw,并且，驅(qū)動(dòng)模塊向鉗位開關(guān)管Sa的驅(qū)動(dòng)端輸出鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sa，該鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sa與主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sW具有相同的周期，其每一個(gè)周期包括產(chǎn)生于主開關(guān)管Sw由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)的第一脈沖信號(hào)Vgs_sal、產(chǎn)生于主開關(guān)管Sw關(guān)斷狀態(tài)下并與第一脈沖信號(hào)Vgs_sal相互獨(dú)立的第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2、以及產(chǎn)生于其余時(shí)間并用于控制鉗位開關(guān)管Sa關(guān)斷的信號(hào)，第一脈沖信號(hào)Vgs_sal和第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2均用于控制鉗位開關(guān)管Sa導(dǎo)通。
[0047]其中，鉗位開關(guān)管Sa在第一脈沖信號(hào)Vgs_sal和第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2期間導(dǎo)通，分別使得鉗位電容Ce充電和放電，第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2的脈沖寬度為鉗位電容Ce由放電開始時(shí)刻至達(dá)到最大放電電流的時(shí)間，第一脈沖信號(hào)Vgs_sal的脈沖寬度應(yīng)接近于第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2的脈沖寬度,優(yōu)選為第一脈沖信號(hào)Vgs_sal與第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2的脈沖寬度相等，在本實(shí)施例一中，由于鉗位開關(guān)管Sa所在回路存在阻抗，其本身存在損耗，第一脈沖信號(hào)Vgs_sal的脈沖寬度略小于第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2的脈沖寬度。
[0048]本實(shí)施例一的驅(qū)動(dòng)模塊包括主控制芯片、PWM脈沖分時(shí)電路和控制檢測電路；PWM脈沖分時(shí)電路可采用現(xiàn)有的電路結(jié)構(gòu)，由積分電路、微分電路和驅(qū)動(dòng)器組成(參見圖2)，其可以集成在主控制芯片內(nèi)。PWM脈沖分時(shí)電路將主控制芯片輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成相互隔離的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw和第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2,控制檢測電路通過檢測主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw來判斷主開關(guān)管Sw的開關(guān)狀態(tài)，并在主開關(guān)管Sw由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)輸出第一脈沖信號(hào)Vgs_sal。
[0049]參見圖8，上述控制檢測電路包括延時(shí)電路Delay、第一非門a、與非門C、第二非門b、供電電源Vcc、恒流源Ιο、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第二電容C2和斯密特觸發(fā)器d;延時(shí)電路Delay的輸入端連接到PWM脈沖分時(shí)電路的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw輸出端，延時(shí)電路Delay的輸出端與第一非門a的輸入端、第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2的柵極連接,供電電源Vcc通過恒流源1連接第一開關(guān)管Ql的漏極，第一開關(guān)管Ql的源極、第二開關(guān)管Q2的漏極、第二電容C2的一端和斯密特觸發(fā)器d的輸入端相連，第二開關(guān)管Q2的源極和第二電容C2的另一端接地GND，第一非門a和斯密特觸發(fā)器d的輸出端分別連接與非門c的兩個(gè)輸入端，與非門c的輸出端連接第二非門b的輸入端,第二非門b的輸出端為控制檢測電路的輸出端，用于輸出第一脈沖信號(hào)Vgs_sal。
[0050]本實(shí)施例一的鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sa通過隔離驅(qū)動(dòng)電路輸入鉗位開關(guān)管Sa的驅(qū)動(dòng)端；該隔離驅(qū)動(dòng)電路包括第一電容Cl和第一二極管Dl ;第一電容Cl的一端為隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，用于輸入鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sa,第一電容Cl的另一端、第一二極管Dl的陽極和鉗位開關(guān)管Sa的驅(qū)動(dòng)端相連，第一二極管Dl的陰極接地。
[0051]如圖12所示，本發(fā)明實(shí)施例一的工作原理為:
[0052]在TO時(shí)刻主開關(guān)管Sw導(dǎo)通，原邊電流流經(jīng)激磁電感Lm進(jìn)行激磁，變壓器激磁電流線性增加，副邊整流二極管D截止，變壓器存儲(chǔ)能量。
[0053]在Tl時(shí)刻主開關(guān)管Sw關(guān)斷，原邊激磁電流給主開關(guān)管Sw輸出電容充電、鉗位開關(guān)管Sa輸出電容放電，鉗位電容Ce兩端電壓保持不變。當(dāng)主開關(guān)管Sw漏源兩端電壓上升至最大值、鉗位開關(guān)管Sa漏源兩端電壓Vds_sa下降為零,在T2時(shí)刻,第一個(gè)脈沖信號(hào)Vgs_sal產(chǎn)生，鉗位開關(guān)管Sa由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，副邊整流二極管D導(dǎo)通，原邊激磁電感兩端電壓為鉗位在-NVo，漏感與鉗位電容Ce諧振高頻電流經(jīng)鉗位開關(guān)管Sa對(duì)鉗位電容Ce進(jìn)行充電。
[0054]T3時(shí)刻漏感對(duì)鉗位電容Ce充電電流為零時(shí)鉗位開關(guān)管Sa由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，至此漏感在主開關(guān)管Sw導(dǎo)通期間存儲(chǔ)的能量經(jīng)過鉗位開關(guān)管Sa全部轉(zhuǎn)移到鉗位電容Ce，副邊整流二極管D繼續(xù)導(dǎo)通，原邊激磁電感兩端電壓仍為鉗位在-NVo，主開關(guān)管Sw漏源兩端電壓跌至Vin+NVo。
[0055]在T4時(shí)刻，第二個(gè)脈沖信號(hào)產(chǎn)生，鉗位開關(guān)管Sa由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，原邊激磁電感兩端電壓被鉗位在-NVo，鉗位電容Ce與漏感諧振，漏感反向激磁，漏感電流反向上升。
[0056]在T5時(shí)刻，漏感反向電流達(dá)到最大值時(shí)鉗位開關(guān)管Sa由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，因?yàn)樵诼└蟹聪螂娏髯畲筇帟r(shí)，根據(jù)能量關(guān)系:W=l/2LkI2其存儲(chǔ)能量為最大，如果此時(shí)關(guān)斷鉗位開關(guān)管Sa，主開關(guān)管Sw輸出電容存儲(chǔ)的能量更容易被抽完，有利于主開關(guān)管Sw實(shí)現(xiàn)零電壓開通。由于電感電流不能突變，漏感反向電流給主開關(guān)管Sw的輸出電容放電，同時(shí)給鉗位開關(guān)管Sa的輸出電容進(jìn)行充電，鉗位電容Ce漏源兩端電壓保持不變。
[0057]在T6時(shí)刻，原邊主開關(guān)管Sw漏源兩端電壓下降為零后其體二極管導(dǎo)通，此時(shí)開通主開關(guān)管Sw可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通。第二個(gè)脈沖信號(hào)Vgs_sa2必須與主開關(guān)管Sw脈沖信號(hào)Vgs_sw留有足夠死區(qū)時(shí)間，否則原邊主開關(guān)管Sw和鉗位開關(guān)管Sa容易共通或者由于死區(qū)時(shí)間不夠?qū)е轮鏖_關(guān)管Sw無法實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。但是死區(qū)時(shí)間不能太大，主開關(guān)管Sw必須在漏感電流再次反向之前開通，否則將丟失軟開關(guān)特性。主開關(guān)管Sw導(dǎo)通后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期，工作過程不再贅述。
[0058]其中，上述控制檢測電路產(chǎn)生的第一脈沖信號(hào)Vgs_sal的工作原理說明如下:
[0059]當(dāng)主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sW信號(hào)出現(xiàn)關(guān)斷，經(jīng)過延時(shí)電路Delay延時(shí)一小段時(shí)間后一端經(jīng)過非門a的輸入端后輸出高電平；另一端低電平經(jīng)過由開關(guān)管Ql和Q2組成的非門，使開關(guān)管Ql導(dǎo)通，恒流源1對(duì)電容C2進(jìn)行充電,充電時(shí)間即為第一脈沖信號(hào)Vgs_sal的寬度。由于恒流源1與電容C2組成的電路具有一定的延時(shí)作用,在主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw關(guān)斷一小段時(shí)間內(nèi)斯密特觸發(fā)器d的輸入仍然為低電平，而輸出為高電平。在這一小段時(shí)間內(nèi)與非門b的輸入端均為高電平，根據(jù)與非門的特性，輸出為低電平，然后再經(jīng)過非門的處理，最終轉(zhuǎn)化為具有一定脈沖寬度的第一脈沖信號(hào)Vgs_sal。
[0060]另外，參見圖7-2，本實(shí)施例一中上述鉗位開關(guān)管Sa也可采用PMOS管，其與鉗位電容Ce串聯(lián)后與變壓器T的主開關(guān)管Sw并聯(lián)，這種電路形式的工作原理與上述實(shí)施例一相同，區(qū)別僅在于它們用于驅(qū)動(dòng)鉗位開關(guān)管Sa導(dǎo)通的電平不同，一個(gè)為高電平，另一個(gè)為低電平，在此不再贅述。
[0061]實(shí)施例二
[0062]如圖9所示，本發(fā)明實(shí)施例二的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器與實(shí)施例一基本相同，它們的區(qū)別在于:本實(shí)施例二中，驅(qū)動(dòng)模塊包括主控制電路和第二控制檢測電路，它們可以集成在一塊芯片內(nèi)。
[0063]參見圖10，本實(shí)施例二的主控制電路包括時(shí)鐘振蕩發(fā)生器0SC、用于形成第二脈沖信號(hào)Vgs_sa2的第二脈沖信號(hào)模塊Narrow Pulse2、第二延時(shí)電路Delay2、邏輯電路Logic、斜坡電路Slope和驅(qū)動(dòng)電路Drive,第二控制檢測電路包括第三延時(shí)電路Delay3和第一脈沖信號(hào)模塊Narrow Pulsel ;時(shí)鐘振蕩發(fā)生器OSC的輸出端一路連接到第二脈沖信號(hào)模塊Narrow Pulse2的輸入端,另一路連接到第二延時(shí)電路Delay2的輸入端,第二延時(shí)電路Delay2和斜坡電路Slope的輸出端分別連接到邏輯電路Logic的兩個(gè)輸入端，邏輯電路Logic的輸出端、驅(qū)動(dòng)電路Drive的輸入端、斜坡電路Slope的輸入端和第三延時(shí)電路Delay3的輸入端相連接,驅(qū)動(dòng)電路Drive的輸出端用于輸出主驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw,第三延時(shí)電路Delay3的輸出端連接第一脈沖信號(hào)模塊Narrow Pulsel的輸入端,第一脈沖信號(hào)模塊Narrow Pulsel的輸出端用于輸出第一脈沖信號(hào)Vgs_sal。
[0064]如圖11所示，本實(shí)施例二的控制檢測電路產(chǎn)生的第一脈沖信號(hào)Vgs_sal的工作原理說明如下:
[0065]時(shí)鐘振蕩發(fā)生器OCS產(chǎn)生一定占空比的時(shí)鐘信號(hào)CLK，一端經(jīng)過NarrowPluse2模塊后形成Vgs_sa2脈沖信號(hào)，另一端經(jīng)過延時(shí)電路Delay2形成具有一定延時(shí)時(shí)間的控制信號(hào)CLK_D?？刂菩盘?hào)CLK_D經(jīng)過邏輯控制電路一直處于高電平狀態(tài)，當(dāng)檢測到有斜坡電路模塊有信號(hào)輸出時(shí)，邏輯控制電路將控制信號(hào)CLK_D由高電平轉(zhuǎn)化為低電平，輸出控制信號(hào)為TonJL控制信號(hào)Ton_H —端經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路Drive輸出主開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs_sw，另一端經(jīng)過檢測控制電路輸出脈沖信號(hào)Vgs_sal。
[0066]本發(fā)明不局限與上述【具體實(shí)施方式】，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，包括變壓器(τ)、主開關(guān)管(Sw)、鉗位開關(guān)管(Sa)、鉗位電容(Ce)和驅(qū)動(dòng)模塊，變壓器(T)的原邊繞組和主開關(guān)管(Sw)串聯(lián)后用于輸入電壓信號(hào)，變壓器(T)的副邊繞組用于輸出變換后的電壓信號(hào)，鉗位開關(guān)管(Sa)和鉗位電容(Ce)串聯(lián)后與變壓器(T)的原邊繞組或者主開關(guān)管(Sw)并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)模塊向主開關(guān)管(Sw)的驅(qū)動(dòng)端輸出用于控制主開關(guān)管(Sw)交替導(dǎo)通與關(guān)斷的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sW)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊向鉗位開關(guān)管(Sa)的驅(qū)動(dòng)端輸出鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sa)，該鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sa)與所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sW)具有相同的周期，其每一個(gè)周期包括產(chǎn)生于主開關(guān)管(Sw)由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)的第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)、產(chǎn)生于主開關(guān)管(Sw)關(guān)斷狀態(tài)下并與所述第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)相互獨(dú)立的第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)、以及產(chǎn)生于其余時(shí)間并用于控制鉗位開關(guān)管(Sa)關(guān)斷的信號(hào)，所述第一脈沖信號(hào)(VgS_sal)和第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)均用于控制鉗位開關(guān)管(Sa)導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的鉗位開關(guān)管(Sa)在第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)和第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)期間導(dǎo)通，分別使得所述鉗位電容(Ce)充電和放電，所述第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)的脈沖寬度為鉗位電容(Ce)由放電開始時(shí)刻至達(dá)到最大放電電流的時(shí)間，所述第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)的脈沖寬度接近于第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)的脈沖寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)與第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)的脈沖寬度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括主控 制芯片、PWM脈沖分時(shí)電路和控制檢測電路；所述PWM脈沖分時(shí)電路將主控制芯片輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成相互隔離的所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sW)和第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)，所述控制檢測電路通過檢測所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sW)來判斷所述主開關(guān)管(Sw)的開關(guān)狀態(tài)，并在主開關(guān)管(Sw)由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)輸出所述第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的控制檢測電路包括延時(shí)電路(Delay)、第一非門(a)、與非門(C)、第二非門(b)、供電電源(VccMS^源(Ιο)、第一開關(guān)管(Q1)、第二開關(guān)管(Q2)、第二電容(C2)和斯密特觸發(fā)器(d);所述延時(shí)電路(Delay)的輸入端連接到所述PWM脈沖分時(shí)電路的主驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sw)輸出端，延時(shí)電路(Delay)的輸出端與第一非門(a)的輸入端、第一開關(guān)管(Ql)和第二開關(guān)管(Q2)的柵極連接，供電電源(Vcc)通過恒流源(1)連接第一開關(guān)管(Ql)的漏極，第一開關(guān)管(Ql)的源極、第二開關(guān)管(Q2)的漏極、第二電容(C2)的一端和斯密特觸發(fā)器(d)的輸入端相連，第二開關(guān)管(Q2)的源極和第二電容(C2)的另一端接地(GND)，第一非門(a)和斯密特觸發(fā)器(d)的輸出端分別連接與非門(C)的兩個(gè)輸入端,與非門(C)的輸出端連接第二非門(b)的輸入端，第二非門(b)的輸出端為控制檢測電路的輸出端，用于輸出所述第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的PWM脈沖分時(shí)電路集成在主控制芯片內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括主控制電路和第二控制檢測電路；所述主控制電路包括時(shí)鐘振蕩發(fā)生器(OSC)、用于形成所述第二脈沖信號(hào)(Vgs_sa2)的第二脈沖信號(hào)模塊(Narrow Pulse2)、第二延時(shí)電路(Delay2)、邏輯電路(Logic)、斜坡電路(Slope)和驅(qū)動(dòng)電路(Drive),所述第二控制檢測電路包括第三延時(shí)電路(Delay3)和第一脈沖信號(hào)模塊(Narrow Pulsel);所述時(shí)鐘振蕩發(fā)生器(OSC)的輸出端一路連接到所述第二脈沖信號(hào)模塊(Narrow Pulse2)的輸入端，另一路連接到第二延時(shí)電路(Delay2)的輸入端，第二延時(shí)電路(Delay2)和斜坡電路(Slope)的輸出端分別連接到邏輯電路(Logic)的兩個(gè)輸入端，邏輯電路(Logic)的輸出端、驅(qū)動(dòng)電路(Drive)的輸入端、斜坡電路(Slope)的輸入端和第三延時(shí)電路(Delay3)的輸入端相連接，所述驅(qū)動(dòng)電路(Drive)的輸出端用于輸出所述主驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sW)，所述第三延時(shí)電路(Delay3)的輸出端連接第一脈沖信號(hào)模塊(Narrow Pulsel)的輸入端,第一脈沖信號(hào)模塊(Narrow Pulsel)的輸出端用于輸出所述第一脈沖信號(hào)(Vgs_sal)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的主控制電路和檢測控制電路集成在一塊芯片內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器還包括隔離驅(qū)動(dòng)電路；所述鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sa)通過該隔離驅(qū)動(dòng)電路輸入所述鉗位開關(guān)管(Sa)的驅(qū)動(dòng)端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非互補(bǔ)反激有源鉗位變換器，其特征在于:所述的隔離驅(qū)動(dòng)電路包括第一電容(Cl)和第一二極管(Dl);所述第一電容(Cl)的一端為隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，用于輸入所述鉗位驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Vgs_sa)，第一電容(Cl)的另一端、第一二極管(Dl)的陽極和所 述鉗位開關(guān)管(Sa)的驅(qū)動(dòng)端相連，所述第一二極管(Dl)的陰極接地。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK103795260SQ201410028299
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】黃天華, 張少維 申請(qǐng)人:廣州金升陽科技有限公司