一种有源钳位反激变换器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有源钳位反激变换器及控制方法，本发明专利技术针对现有有源钳位反激变换器在轻载时效率低下的问题，首先从改进其控制方法入手，提供了一种可以实现各开关管的软开关，优化EMI，同时能保证较高的轻载效率的控制方法，然后再从有源钳位反激变换器的电路结构和控制方法两方便入手，提供了一种可以实现各开关管的软开关，优化EMI，同时能保证较高的轻载效率的有源钳位反激变换器。所述控制方法主要内容为：对有源钳位反激变换器采用变频控制，即使电路的工作频率随负载变化，变频控制方案根据电路总损耗与电路工作频率的关系选择。

An active clamp flyback converter and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种有源钳位反激变换器及控制方法
本专利技术涉及开关变换器领域，尤其涉及一种有源钳位反激变换器及控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的迅猛发展，开关变换器的应用越来越广泛，人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。反激拓扑具有结构简单、价格低廉等优点，被广泛应用于小功率开关变换器。但普通反激拓扑是硬开关，不能回收漏感能量，因此限制了普通反激拓扑的效率和体积。为在小功率开关变换器的体积和效率上寻求突破，软开关技术已成为电力电子技术的研究热点。目前，能够实现软开关技术的反激拓扑代表是有源钳位反激电路拓扑，有源钳位反激变换器电路原理示意图如图1所示。有源钳位反激变换器由主功率电路(由变压器和主开关管Q1组成)、钳位电路(由钳位管Q2和钳位电容Cr组成)和输出滤波电路(由整流二极管DSR和输出电容Co)组成。Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器漏感。有源钳位反激变换器的钳位电路能够回收漏感Lr能量并将其传递至输出侧，并且，在DCM(DiscontinousConducionMode断续导通模式)模式下，主开关管及钳位管均断开时，有源钳位反激变换器的励磁电感Lm、漏感Lr与主开关管及钳位管的寄生电容Cds1、Cds2谐振，很容易实现ZVS(ZeroVoltageSwitching零电压开通)，提高电路的转换效率。但是，在DCM模式下，有源钳位反激变换器励磁电感Lm、漏感Lr与开关管寄生电容Cds1、Cds2的谐振将会产生较大的振荡，恶化电路的EMI(ElectroMagneticInterference电磁干扰)。为实现反激拓扑的软开关并得到较好的EMI特性，Astec公司提出一种有源钳位反激变换器及其控制方法，电路原理示意图如图2所示，也包括主功率电路、钳位电路和输出滤波电路。主功率电路由变压器和主开关管连接而成，钳位电路由钳位电容与钳位二极管并联后与钳位管连接而成，输出滤波电路由整流二极管和输出电容连接而成。其中，Q1为主开关管，Q2为钳位管，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器漏感，Cr为钳位电容，D4为钳位二极管，DSR为整流二极管，Co为输出电容。主开关管Q1和钳位管Q2的关系为互补关系，期间保留一定的死区时间，总的工作周期为T，分为如下5个工作阶段：在能量存储阶段(t0～t1阶段)，主开关管Q1导通、钳位管Q2关断，副边整流二极管DSR截止，变压器正向激磁。在死区阶段一(t1～t2阶段)，主开关管Q1、钳位管Q2关断，电路进入死区，原边电流先对主开关管Q1的寄生电容Cds1充电，当主开关Q1寄生电容电压大于输入电压Vin时，钳位管Q2寄生二极管D2导通，原边电流对钳位电容Cr充电。在能量传递阶段(t2～t3阶段)，主开关管Q1关断，钳位管Q2导通，副边整流二极管DSR导通，励磁电感Lm电压被钳位至-Nps*Vo，其中Nps为变压器原副边绕组匝数比，Vo为输出电压，漏感Lr与钳位电容Cr谐振，谐振周期为其中，Lr为变压器漏感的感量，Cr为钳位电容Cr的容量，当副边电流Is等于0时，该阶段结束。在钳位续流阶段(t3～t4阶段)，主开关管Q1关断，钳位管Q2导通，副边整流二极管DSR截止，此时励磁电感失去钳位作用，励磁电感、漏感、钳位电容三者谐振，当钳位电容电压下降为-0.7V时，二极管D4导通，此时，励磁电感被短路，谐振停止，励磁电流通过二极管D4续流，直到钳位开关管Q2关断，该阶段结束。在死区阶段二(t4～t5阶段)，主开关管Q1、钳位管Q2关断，激磁电感Lm、漏感Lr与主开关管寄生电容Cds1谐振，对主开关管Q1的寄生电容Cds1放电。当主开关管寄生电容Cds1电压下降为0时，主开关管Q1寄生二极管D1导通，此时主开关管Q1导通，主开关管Q1实现ZVS导通。Astec公司所提出的一种有源钳位反激变换器及其控制方法，可以实现所有开关管的软开关，同时能够消除钳位续流阶段(又叫断续休止阶段)的振荡，优化EMI。但是Astec公司所提出的一种有源钳位电路及其控制方法在轻载时效率很低，原因如下：Astec公司所提供的有源钳位反激变换器采用定频控制，在钳位续流阶段，励磁电感电流通过二极管D4续流，维持实现主开关管ZVS的能量，而续流的励磁电感电流并非小电流，在轻载时断续休止时间较长，因此轻载时，二极管D4的损耗较大；此外，在轻载时，开关管的损耗及变压器损耗也占据变换器损耗的很大一部分，因此导致变换器轻载效率低，空载功耗很大。
技术实现思路
针对上述有源钳位反激变换器在轻载时效率低下的问题，本专利技术首先从改进其控制方法入手，提供一种可以实现各开关管的软开关，优化EMI，同时能保证较高的轻载效率的控制方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种有源钳位反激变换器控制方法，所述控制方法控制所述有源钳位反激变换器周期工作，每个周期包括如下5个工作阶段：能量存储阶段、死区阶段一、能量传递阶段、钳位续流阶段和死区阶段二；其特征在于，所述有源钳位反激变换器采用变频控制，即使电路的工作频率随负载变化，变频控制方案根据电路总损耗与电路工作频率的关系选择。当电路工作频率升高，变压器损耗及开关管损耗将增大，同时电路的断续休止时间变短，钳位二极管的损耗降低；同理，当电路的工作频率降低，钳位二极管损耗将增大，变压器损耗和开关管损耗将降低。也即，电路总损耗随其工作频率变化。在电路轻载时，可根据电路总损耗与电路工作频率的关系，选择使电路工作在能降低其损耗的频率下，从而提高其轻载效率。电路总损耗随工作频率变化而升高或降低，与电路元器件材料和电路参数相关，不同的电路元器件材料和电路参数将使电路的各类损耗变化幅度存在差异，所以，电路总损耗与电路工作频率的关系需通过调试确定。所述变频控制方案包括升频控制和降频控制。当工作频率升高时，元器件材料和电路参数决定电路的总损耗降低，则控制电路工作于升频模式。当工作频率降低时，元器件材料和电路参数决定电路的总损耗降低，则控制电路工作于降频模式。调频方式：获得所述有源钳位反激变换器的输出电压反馈信号FB与峰值电流采样信号CS；依据输出电压反馈信号FB和峰值电流采样信号CS调节所述有源钳位反激变换器钳位续流阶段的时间，从而调节电路的工作频率。调节频率过程中，死区阶段一和死区阶段二的时间或所占比例保持不变，能量存储阶段的时间由FB信号决定，能量传递阶段的时间由CS信号决定，调节能量存储阶段和能量传递阶段的时间以维持输出电压稳定。若选择升频控制方案，则随着负载的变轻，根据输出电压反馈信号FB和峰值电流采样信号CS缩短钳位续流阶段的时间，使钳位续流阶段的时间维持在固定值一，从而控制电路的频率随负载变轻而升高；所述固定值一由电路在该负载下的最优效率决定；若选择降频控制方案，则随着负载的变轻，电路控制器根据FB信号和CS信号延长钳位续流阶段的时间，使钳位续流阶段的时间维持在固定值二，从而控制电路的频率随负载变轻而降低；所述固定值二由电路在该负载下的最优效率决定。针对上述有源钳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源钳位反激变换器控制方法，所述控制方法控制所述有源钳位反激变换器周期工作，每个周期包括如下5个工作阶段：能量存储阶段、死区阶段一、能量传递阶段、钳位续流阶段和死区阶段二；其特征在于，所述有源钳位反激变换器采用变频控制，即使电路的工作频率随负载变化，变频控制方案根据电路总损耗与电路工作频率的关系选择。/n

【技术特征摘要】
20190826 CN 20191079017641.一种有源钳位反激变换器控制方法，所述控制方法控制所述有源钳位反激变换器周期工作，每个周期包括如下5个工作阶段：能量存储阶段、死区阶段一、能量传递阶段、钳位续流阶段和死区阶段二；其特征在于，所述有源钳位反激变换器采用变频控制，即使电路的工作频率随负载变化，变频控制方案根据电路总损耗与电路工作频率的关系选择。


2.根据权利要求1所述的有源钳位反激变换器控制方法，其特征在于，所述变频控制方案包括升频控制和降频控制。


3.根据权利要求2所述的有源钳位反激变换器控制方法，其特征在于，调频方式如下：获得所述有源钳位反激变换器的输出电压反馈信号FB与峰值电流采样信号CS；
依据输出电压反馈信号FB和峰值电流采样信号CS调节所述有源钳位反激变换器钳位续流阶段的时间，从而调节电路的工作频率。


4.根据权利要求3所述的有源钳位反激变换器控制方法，其特征在于，调节频率过程中，死区阶段一和死区阶段二的时间或所占比例保持不变，能量存储阶段的时间由FB信号决定，能量传递阶段的时间由CS信号决定，调节能量存储阶段和能量传递阶段的时间以维持输出电压稳定。


5.根据权利要求4所述的有源钳位反激变换器控制方法，其特征在于，若选择升频控制方案，则随着负载的变轻，根据输出电压反馈信号FB和峰值电流采样信号CS缩短钳位续流阶段的时间，使钳位续流阶段的时间维持在固定值一，从而控制电路的频率随负载变轻而升高；
所述固定值一由电路在该负载下的最优效率决定；
若选择降频控制方案，则随着负载的变轻，电路控制器根据FB信号和CS信号延长钳位续流阶段的时间，使钳位续流阶段的时间维持在固定值二，从而控制电路的频率随负载变轻而降低；
所述固定值二由电路在该负载下的最优效率决定。


6.一种采用权利要求1-6任一项权利要求所述控制方法的有源钳位反激变换器，包括控制器和电路，所述电路包括主功率电路、钳位电路和输出滤波电路；所述主功率电路由变压器和主开关管组成，其中，变压器原边绕组第一端子为电路的正输入端Vin+，变压器原边绕组的第二端子与主开关管漏极相连，主开关管的源极为电路的负输入端Vin-，所述变压器的副边绕组通过所述输出滤波电路滤波后输出，所述钳位电路与所述变压器原边绕组并联；所述控制器与所述主功率电路和钳位电路相连，为其中的开关管提供驱动信号，从而控制所述电路的工作过程；
其特征在于，所述钳位电路由钳位电容、主钳位管、钳位二极管、辅助电容和辅钳位管组成，所述钳...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹向阳，钟天明，马守栋，王志燊，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44