有源钳位类变换器的多模式控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有源钳位类变换器的多模式控制方法及系统，其中控制方法根据实时负载选择开关管的控制模式，包括四个由轻至重的连续的负载阈值区间：极轻载、轻载、中载及重载。当实时负载位于极轻载区间时，采用恒定导通时间模式控制开关管；当实时负载位于轻载区间时，采用压控振荡器模式控制开关管；当实时负载位于中载区间时，采用断续导通模式控制开关管；当实时负载位于重载区间时，采用临界导通模式控制开关管。上述控制方法，可以进一步降低各个负载情况下的损耗，提高变换效率，实现在整个负载范围下均能保持较好的效率。现在整个负载范围下均能保持较好的效率。现在整个负载范围下均能保持较好的效率。

【技术实现步骤摘要】
有源钳位类变换器的多模式控制方法及系统


[0001]本专利技术属升降压变换器控制
，特别涉及一种有源钳位类变换器的多模式控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着现代电子系统的发展，尤其对于通信/服务器电源应用，高功率密度、高效率、低的EMI等设计要求已经成为最具挑战性的议题。双钳位ZVS(zero voltage switching)变换器和有源钳位反激变换器等，因其电路结构简单，输入范围宽，在学术界和工业界均得到了广泛的研究和运用。
[0003]有源钳位类变换器控制的关键技术在于：(1)通过有效控制四个开关管导通时间进而实现全输入电压、全负载范围内零电压导通，进而提升变换器的效率。(2)轻载控制通过在保证四个开关管零电压导通的情况下，降低开关频率，进而降低待机功耗，因此多模式控制比较适合此类拓扑。现有的多模式控制方式的变换效率仍有改善空间，且现有的多模式控制存在采用模拟控制不够灵活且缺少实时监控，采用数字控制存在控制变量多且工作频率高的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提出一种有源钳位类变换器的多模式控制方法，进一步地提高变换器在轻载、中载及重载下的变换效率，并降低待机功耗。
[0005]本专利技术的另一目的是提出一种可以实施上述多模式控制方法的控制电路，通过数模结合，可以实现灵活控制、实时监控的同时降低控制变量数量。
[0006]技术方案：本专利技术所述的有源钳位类变换器的多模式控制方法，根据实时负载选择开关管的控制模式，包括四个由轻至重的连续的负载阈值区间：极轻载、轻载、中载及重载，当实时负载位于极轻载区间时，采用恒定导通时间模式控制开关管；当实时负载位于轻载区间时，采用压控振荡器模式控制开关管；当实时负载位于中载区间时，采用断续导通模式控制开关管；当实时负载位于重载区间时，采用临界导通模式控制开关管。
[0007]进一步的，当负载位于轻载区间时，压控振荡器模式的控制系数满足：在轻载区间与中载区间的分界处，变换器的开关频率达到极值。
[0008]进一步的，极轻载区间与轻载区间的分界为满载的20％，轻载区间与中载区间的分界为满载的50％，中载区间与重载区间的分界为满载的80％。
[0009]进一步的，包括如下步骤：S1：采集有源钳位类变换器拓扑的输入电压V
in
、钳位电容电压v
clamp
以及两个桥臂的中点电压v
A
和v
B
；
[0010]S2：根据实时负载的状态选择控制模式，并结合选择的控制模式，根据输入电压输入电压V
in
、钳位电容电压v
clamp
以及两个桥臂的中点电压v
A
和v
B
生成第一至第四开关管Q1、Q2、Q3及Q4的控制信号。
[0011]进一步的，所述步骤S2包括如下步骤：
[0012]S2.1：依据钳位电容电压v
clamp
的AD值Vclamp_AD_FF与基准参考电压V
ref
做比较生产误差信号Verr；
[0013]依据桥臂中点电压v
B
与比较器基准电压V
DAC3
做比较，生产ZVS信号Q4_zvs和Q4开通信号Q4_zvs_on；
[0014]依据桥臂中点电压v
A
和v
B
做差生成励磁电感电流的模拟信号，该模拟信号经过电流检测进行放大生成v
Lm_sense
信号与比较器基准电压V
DAC1
做比较，产生Q3关断信号Q3_off；
[0015]S2.2：依据误差信号Verr经过数字环路补偿Hc(z)和钳位后生成调节器输出信号PIoutput；
[0016]S2.3：依据输入电压V
in
的AD值Vin_AD_FF和调节器输出信号PIoutput，结合根据调节器输出信号PIoutput选择的控制模式，生成两个控制量duty_out1和duty_out3，其中duty_out3控制变换器频率，duty_out1控制变换器导通时间；
[0017]S2.4：依据ZVS信号Q4_zvs生成变频信号Sync_clk；
[0018]S2.5：依据变频信号Sync_clk、Q4开通信号Q4_zvs_on、Q3关断信号Q3_off以及控制量duty_out1和duty_out3，生成第一至第四开关管Q1、Q2、Q3和Q4的PWM控制信号；
[0019]S2.6：依据生成的PWM控制信号，经过驱动器进行电流放大，生成第一至第四开关管Q1、Q2、Q3和Q4的驱动信号。
[0020]进一步的，所述步骤S2.3中，当选择的控制模式为临界导通模式、断续导通模式和压控振荡器模式时：
[0021][0022]当选择的控制模式为恒定导通时间模式时：
[0023][0024]当选择的控制模式为临界导通模式和断续导通模式时，duty_out3为设定的定值；
[0025]当选择的控制模式为压控振荡器模式和恒定导通时间模式时：
[0026][0027]其中K_PG2DC_xishu和K_PG3DC_VCO均为转换系数，PIoutput_clamp为设定的PIoutput的钳位值。
[0028]本专利技术所述的有源钳位类变换器的多模式控制系统，包括：采样模块，用于采集变换器的输入电压V
in
、钳位电容电压v
clamp
以及两个桥臂的中点电压v
A
和v
B
，并将上述电压转换为对应的数字中间信号；多模式控制逻辑模块，用于根据实时负载选择开关管的控制模式，控制变换器的开关频率和导通时间，包括四个由轻至重的连续的负载阈值区间：极轻载、轻载、中载及重载，当实时负载位于极轻载区间时，采用恒定导通时间模式控制开关管；当实时负载位于轻载区间时，采用压控振荡器模式控制开关管；当实时负载位于中载区间时，采用断续导通模式控制开关管；当实时负载位于重载区间时，采用临界导通模式控制开关管；PWM模块，用于根据所述多模式控制逻辑模块及采样模块输出的数字中间信号，生成第一至第四开关管的PWM控制信号。
[0029]进一步的，所述采样模块由模拟电路搭建，所述多模式控制逻辑模块和PWM模块为
数字模块。
[0030]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、根据实时负载情况，在极轻载、轻载、中载及重载下分别实行恒定导通时间模式、压控振荡器模式、断续导通模式及临界导通模式进行控制，进一步降低各个负载情况下的损耗，提高变换效率。2、采用数模结合，采样部分采用模拟电路，控制信号的生成采用数字模块，既利用模拟控制的速度快，低延时的特点，又具有数字控制的灵活和易于实现先进控制算法的优势。
附图说明
[0031]图1为双钳位零电压开关变换器的拓扑结构图。
[0032]图2为在实际重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源钳位类变换器的多模式控制方法，其特征在于，根据实时负载选择开关管的控制模式，包括四个由轻至重的连续的负载阈值区间：极轻载、轻载、中载及重载，当实时负载位于极轻载区间时，采用恒定导通时间模式控制开关管；当实时负载位于轻载区间时，采用压控振荡器模式控制开关管；当实时负载位于中载区间时，采用断续导通模式控制开关管；当实时负载位于重载区间时，采用临界导通模式控制开关管。2.根据权利要求1所述的有源钳位类变换器的多模式控制方法，其特征在于，当负载位于轻载区间时，压控振荡器模式的控制系数满足：在轻载区间与中载区间的分界处，变换器的开关频率达到极值。3.根据权利要求1所述的有源钳位类变换器的多模式控制方法，其特征在于，极轻载区间与轻载区间的分界为满载的20％，轻载区间与中载区间的分界为满载的50％，中载区间与重载区间的分界为满载的80％。4.根据权利要求1所述的有源钳位类变换器的多模式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采集有源钳位类变换器拓扑的输入电压V
in
、钳位电容电压v
clamp
以及两个桥臂的中点电压v
A
和v
B
；S2：根据实时负载的状态选择控制模式，并结合选择的控制模式，根据输入电压输入电压V
in
、钳位电容电压v
clamp
以及两个桥臂的中点电压v
A
和v
B
生成第一至第四开关管Q1、Q2、Q3及Q4的控制信号。5.根据权利要求4所述的有源钳位类变换器的多模式控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：S2.1：依据钳位电容电压v
clamp
的AD值Vclamp_AD_FF与基准参考电压V
ref
做比较生产误差信号Verr；依据桥臂中点电压v
B
与比较器基准电压V
DAC3
做比较，生产ZVS信号Q4_zvs和Q4开通信号Q4_zvs_on；依据桥臂中点电压v
A
和v
B
做差生成励磁电感电流的模拟信号，该模拟信号经过电流检测进行放大生成v
Lm_sense
信号与比较器基准电压V
DAC1
做比较，产生Q3关断信号Q3_off；S2.2：依据误差信号Verr经过数字环路补偿Hc(z)和钳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春鹏，胡东，殷孝德，郭善胜，孟杰，
申请(专利权)人：连云港杰瑞电子有限公司，
类型：发明
国别省市：