基于不对称半桥反激电路的变换器及其控制方法技术

一种基于不对称半桥反激电路的变换器及其控制方法，变换器包括全桥整流电路、半桥电路、谐振电路、变压器、负载输出电路和控制电路，其中控制电路根据变换器的电压环输出值、交流输入端输入的交流电的瞬时电压值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，以使流经变压器的一次侧上的电流信号跟随所述交流输入端输入的交流电压信号的规律进行变化，从而实现高功率因数整流；此外，控制电路还根据变压器的一次侧的正向和负向峰值电流之差、变换器输出直流电的瞬时电压值和变压器的励磁电感确定下桥开关管的导通时间，以使上桥开关管和下桥开关管能够实现软开关功能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
基于不对称半桥反激电路的变换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及交流电和直流电转换
，具体涉及一种基于不对称半桥反激电路的变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，对于中小功率离线式开关电源，其中AC/DC变换器多为两级电路方案，如图1所示，两级电路方案分别为基于BOOST的功率因数校正电路和隔离DC/DC的高频谐振半桥变换器电路。这两种电路方案的电路均独立工作，各自实现自己的功能。然而，在中小功率的充电器、USBPD等应用中，对开关电源系统的体积和成本有明显的要求。而上述两级电路方案的拓扑和电路器件已经固定，基本上不可能再有较大的变化，因此无法实现在保证各项功能的情况下，减小系统的体积和成本。
[0003]此外，如何实现开关管零电压开通或零电流关断，即实现软开关的功能，也是丞需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是如何在一个变换器上实现高功率因数整流、隔离DC/DC的功能。
[0005]根据第一方面，一种实施例中提供一种基于不对称半桥反激电路的变换器，所述变换器用于将交流输入端输入的交流电转换为预设电压值范围内的直流电；所述变换器包括：全桥整流电路、半桥电路、谐振电路、变压器、负载输出电路和控制电路；所述全桥整流电路用于将交流输入端输入的交流电进行全桥整流，得到单向脉动性直流电并输出给所述半桥电路；所述半桥电路包括上桥开关管和下桥开关管，用于通过所述上桥开关管和下桥开关管的交替导通，将所述单向脉动性直流电交替转换为电压幅值跟随所述交流输入端输入的交流电电压波形变化的交流电，并输出至所述变压器的一次侧；所述谐振电路用于对变压器的一次侧进行辅助换流；所述变压器用于将其一次侧上的交流电变换得到二次侧上具有预设电压值的交流电；所述负载输出电路用于将所述变压器的二次侧上具有预设电压值的交流电转换为直流电并进行输出；所述控制电路用于获取所述变换器实际输出的直流电压信号以及预设输出直流电压信号；根据实际输出的直流电压信号以及预设输出直流电压信号，确定所述变换器的电压环输出值；根据所述变换器的电压环输出值、交流输入端输入的交流电的瞬时电压值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，以使所述变压器的一次侧上的电流信号跟随所述交流输入端输入的交流电压信号的规律进行变化；其中，所述上桥开关管和下桥开关管交替导通；
所述控制电路还用于实时检测所述上桥开关管的驱动信号的电平信息；在检测到所述上桥开关管的驱动信号为低电平时，在预设时间后，生成触发信号；并响应于所述触发信号，输出低电平驱动信号至下桥开关管，以使下桥开关管关断，同时，输出高电平驱动信号至上桥开关管，以使上桥开关管导通；其中，预设时间由变压器的一次侧的正向和负向峰值电流之差、变换器输出直流电的瞬时电压值和变压器的励磁电感确定。
[0006]一种实施例中，所述预设时间由预设下桥开关管的峰值电流值、所述变换器输出直流电的瞬时电压值和变压器的励磁电感参数确定，包括：通过以下公式计算所述预设时间：其中，为变压器的一次侧的正向峰值电流值；为变压器的一次侧的负向峰值电流值；为变压器的励磁电感；Vout为变换器输出直流电的瞬时电压值；Np为变压器的一次侧和二次侧的匝数比值。
[0007]一种实施例中，根据所述变换器的电压环输出值、交流输入端输入的交流电的瞬时电压值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，包括：将所述电压环输出值与所述交流输入端输入的交流电的瞬时电压值的绝对值相乘，得到所述变压器的峰值电流给定值；根据所述变压器的峰值电流给定值以及所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，以使所述变压器的一次侧上的电流信号跟随所述交流输入端输入的交流电压信号的规律进行变化。
[0008]一种实施例中，所述根据所述变压器的峰值电流给定值以及所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，包括：判断所述变压器的峰值电流给定值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值的大小关系；若所述变压器的峰值电流给定值大于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出高电平驱动信号至所述上桥开关管，以驱动所述上桥开关管导通；其中，所述下桥开关管的驱动信号与上桥开关管的驱动信号互补；若所述变压器的峰值电流给定值小于等于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出低电平驱动信号至所述上桥开关管，以驱动所述上桥开关管关断；其中，所述上桥开关管的驱动信号与下桥开关管的驱动信号互补。
[0009]一种实施例中，所述控制电路包括：第一减法器、稳压器、第一乘法器、求绝对值模块、第一比较器、触发器和驱动信号生成模块；所述第一减法器用于将所述预设输出直流电压信号减去所述变换器实际输出的直流电压信号，输出所述变换器的输出电压误差值至所述稳压器；
所述稳压器用于对所述输出电压误差值进行放大和处理，并输出所述电压环输出值至所述第一乘法器；所述求绝对值模块用于对所述交流输入端输入的交流电的瞬时电压值进行绝对值处理，输出交流电的瞬时电压值的绝对值至所述第一乘法器；所述第一乘法器用于将所述交流电的瞬时电压值和所述变换器的电压环输出值进行相乘，得到所述变压器的峰值电流给定值，并输出所述变压器的峰值电流给定值至所述第一比较器；所述第一比较器用于在所述变压器的峰值电流给定值大于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出高电平信号至所述触发器；在所述变压器的峰值电流给定值小于等于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出低电平信号至所述触发器；所述触发器用于根据接收的所述第一比较器输出的信号，输出PWM信号至所述驱动信号生成模块；所述驱动信号生成模块用于根据所述PWM信号，生成两路互补PWM驱动信号分别输出至所述上桥开关管和所述下桥开关管。
[0010]一种实施例中，所述控制电路还包括：第二减法器、第二乘法器、除法器、积分器和第二比较器；所述第二减法器用于将所述变压器的一次侧的正向峰值电流值减去所述负向峰值电流值，得到所述变压器的一次侧的正向和负向峰值电流的差值并输出至所述第二乘法器；所述第二乘法器用于将变压器的励磁电感与所述正向和负向峰值电流的差值相乘，并将相乘的结果输出至所述除法器；所述除法器用于将所述第二乘法器输出的相乘的结果除以所述变换器输出直流电的瞬时电压值与所述变压器的匝数比值的乘积，得到预设时间，并将所述预设时间输出至所述第二比较器；所述积分器用于统计所述上桥开关管的驱动信号为低电平的实际时间，并输出所述实际时间至所述第二比较器；所述第二比较器用于在所述实际时间小于等于所述预设时间时，输出低电平信号至所述触发器；在所述实际时间大于所述预设时间时，输出高电平信号至所述触发器。
[0011]一种实施例中，所述全桥整流电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电容C1；所述二极管D1的阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不对称半桥反激电路的变换器，其特征在于，所述变换器用于将交流输入端输入的交流电转换为预设电压值范围内的直流电；所述变换器包括：全桥整流电路、半桥电路、谐振电路、变压器、负载输出电路和控制电路；所述全桥整流电路用于将交流输入端输入的交流电进行全桥整流，得到单向脉动性直流电并输出给所述半桥电路；所述半桥电路包括上桥开关管和下桥开关管，用于通过所述上桥开关管和下桥开关管的交替导通，将所述单向脉动性直流电交替转换为电压幅值跟随所述交流输入端输入的交流电电压波形变化的交流电，并输出至所述变压器的一次侧；所述谐振电路用于对变压器的一次侧进行辅助换流；所述变压器用于将其一次侧上的交流电变换得到二次侧上具有预设电压值的交流电；所述负载输出电路用于将所述变压器的二次侧上具有预设电压值的交流电转换为直流电并进行输出；所述控制电路用于获取所述变换器实际输出的直流电压信号以及预设输出直流电压信号；根据实际输出的直流电压信号以及预设输出直流电压信号，确定所述变换器的电压环输出值；根据所述变换器的电压环输出值、交流输入端输入的交流电的瞬时电压值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，以使所述变压器的一次侧上的电流信号跟随所述交流输入端输入的交流电压信号的规律进行变化；其中，所述上桥开关管和下桥开关管交替导通；所述控制电路还用于实时检测所述上桥开关管的驱动信号的电平信息；在检测到所述上桥开关管的驱动信号为低电平时，在预设时间后，生成触发信号；并响应于所述触发信号，输出低电平驱动信号至下桥开关管，以使下桥开关管关断，同时，在死区时间之后输出高电平驱动信号至上桥开关管，以使上桥开关管导通；其中，预设时间由变压器的一次侧的正向和负向峰值电流之差、变换器输出直流电的瞬时电压值和变压器的励磁电感确定。2.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述预设时间由预设下桥开关管的峰值电流值、所述变换器输出直流电的瞬时电压值和变压器的励磁电感参数确定，包括：通过以下公式计算所述预设时间：其中，为变压器的一次侧的正向峰值电流值；为变压器的一次侧的负向峰值电流值；为变压器的励磁电感；Vout为变换器输出直流电的瞬时电压值；Np为变压器的一次侧和二次侧的匝数比值。3.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，根据所述变换器的电压环输出值、交流输入端输入的交流电的瞬时电压值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，包括：将所述电压环输出值与所述交流输入端输入的交流电的瞬时电压值的绝对值相乘，得到所述变压器的峰值电流给定值；
根据所述变压器的峰值电流给定值以及所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，以使所述变压器的一次侧上的电流信号跟随所述交流输入端输入的交流电压信号的规律进行变化。4.如权利要求3所述的变换器，其特征在于，所述根据所述变压器的峰值电流给定值以及所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，生成所述半桥电路中上桥开关管和下桥开关管的驱动信号，包括：判断所述变压器的峰值电流给定值和所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值的大小关系；若所述变压器的峰值电流给定值大于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出高电平驱动信号至所述上桥开关管，以驱动所述上桥开关管导通；其中，所述下桥开关管的驱动信号与上桥开关管的驱动信号互补；若所述变压器的峰值电流给定值小于等于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出低电平驱动信号至所述上桥开关管，以驱动所述上桥开关管关断；其中，所述上桥开关管的驱动信号与下桥开关管的驱动信号互补。5.如权利要求1至4中任一项所述的变换器，其特征在于，所述控制电路包括：第一减法器、稳压器、第一乘法器、求绝对值模块、第一比较器、触发器和驱动信号生成模块；所述第一减法器用于将所述预设输出直流电压信号减去所述变换器实际输出的直流电压信号，输出所述变换器的输出电压误差值至所述稳压器；所述稳压器用于对所述输出电压误差值进行放大和处理，并输出所述电压环输出值至所述第一乘法器；所述求绝对值模块用于对所述交流输入端输入的交流电的瞬时电压值进行绝对值处理，输出交流电的瞬时电压值的绝对值至所述第一乘法器；所述第一乘法器用于将所述交流电的瞬时电压值和所述变换器的电压环输出值进行相乘，得到所述变压器的峰值电流给定值，并输出所述变压器的峰值电流给定值至所述第一比较器；所述第一比较器用于在所述变压器的峰值电流给定值大于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出高电平信号至所述触发器；在所述变压器的峰值电流给定值小于等于所述变压器的一次侧上的电流信号的瞬时电流值，输出低电平信号至所述触发器；所述触发器用于根据接收的所述第一比较器输出的信号，输出PWM信号至所述驱动信号生成模块；所述驱动信号生成模块用于根据所述PWM信号，生成两路互补PWM驱动信号分别输出至所述上桥开关管和所述下桥开关管。6.如权利要求5所述的变换器，其特征在于，所述控制电路还包括：第二减法器、第二乘法器、除法器、积分器和第二比较器；所述第二减法器用于将所述变压器的一次侧的正向峰值电流值减去所述负向峰值电流值，得到所述变压器的一次侧的正向和负向峰值电流的差值并输出至所述第二乘法器；所述第二乘法器用于将变压器的励磁电感与所述正向和负向峰值电流的差值相乘，并将相乘的结果输出至所述除法器；
所述除法器用于将所述第二乘法器输出的相乘的结果除以所述变换器输出直流电的瞬时电压值与所述变压器的匝数比值的乘积，得到预设时间，并将所述预设时间输出至所述第二比较器；所述积分器用于统计所述上桥开关管的驱动信号为低电平的实际时间，并输出所述实际时间至所述第二比较器；所述第二比较器用于在所述实际时间小于等于所述预设时间时，输出低电平信号至所述触发器；在所述实际时间大于所述预设时间时，输出高电平信号至所述触发器。7.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述全桥整流电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电容C1；所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极均连接交流输入端的负极，二极管D3的阳极和二极管D4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帅，东伟，栾博悦，盛琳，
申请(专利权)人：茂睿芯深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：