[发明专利]一种直流-直流变换器副边有源吸收线路和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种直流-直流变换器副边有源吸收线路和控制方法。

背景技术

在开关电源类的直流-直流变换器中，原边线路将输入直流电压通过PWM的形式变换成为高频交流电压后，通过变换器传至副边，再经过整流线路将交流电压变换成为单向的直流脉冲电压。改直流脉冲电压经过输出滤波后成为直流输出电压。

原边全桥、副边全桥的直流-直流变换器的线路如图1所示，该直流-直流变换器包含原边线路20和副边线路30，原边线路20包含输入电压源21、与输入电压源21耦合的由第一开关器件Q101和第二开关器件Q102构成的第一桥臂22、与输入电压源21耦合的由第三开关器件Q103和第四开关器件Q104构成的第二桥臂23、耦合原边线路20和副边线路30的变压器T100、跨接在第一桥臂中点和第二桥臂中点之间的变压器原边绕组24。副边线路30包含变压器副边绕组31、与变压器副边绕组31耦合的由第五开关器件Q201和第六开关器件Q202构成的第三桥臂32、与变压器副边绕组31耦合的由第七开关器件Q203和第八开关器件Q204构成的第四桥臂33、输出电感Lo、输出电容Co。

上述原边的线路可以是任何其它单端或对称结构。

在变换器中，原边开关器件在开环或闭环的PWM控制器的控制下进行有序的开关，使输入电压交替地加在变压器T100的原边绕组上。变压器副边绕组的电压经过对称整流线路转换成为单向的脉冲电压，再经过由Lo和Co构成的输出滤波器得到直流输出电压Vout。副边整流器的工作状态有两种，第一种状态是整流状态，期间输入电压加在变压器的原边绕组上，变压器的副边绕组感应电压经过整流线路中的导通的整流器件加在输出电感上，续流器件关断；第二种状态是续流状态，变压器绕组上没有电压或有磁芯复位的反压，整流器件关断，输出电感中的电流通过导通的续流器件在副边环流。图1中全桥变换器中开关器件的控制信号如图2所示，其中t1至t2为整流状态，t2-t5为续流状态。续流状态期间副边同步整流器件的全部开通使导通损耗减少。

由于实际变压器必然存在的漏感和开关器件的非理想特性，比如同步整流MOSFET体二极管的反向恢复等，在原边开关器件进行PWM的时刻，副边整流器件上会产生出尖峰电压。如果不做处理，该尖峰电压的峰值很可能超过开关器件的最大允许耐压而造成器件的损坏。为抑制开关瞬间的尖峰电压，比较简单的方法是在副边的开关器件上并联由无源器件构成的吸收线路，比如常见的R-C或R-C-D吸收线路。这些无源吸收线路的原理是通过电容吸收尖峰电压的能量然后将此能量消耗在电阻中。对最简单的R-C吸收线路，即使没有任何尖峰，理想的PWM波形也在吸收线路中产生损耗。尤其是在输出电压较高的设计中，无源吸收线路的功耗过大；在可以接受的损耗下，吸收效果差。

采用电容和有源开关器件串联的有源吸收线路已获得较多的使用(见参考文献)。图3是包含副边有源吸收线路的示意图。如何在选定的拓扑中最优化地控制吸收线路中的开关器件，既有效地实现尖峰电压的吸收，同时避免与主线路开关器件的冲突是有效使用此类吸收线路的关键之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流-直流变换器中副边有源吸收线路的控制方法，提高变换器的性能。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种直流-直流变换器中副边吸收线路和控制方法，该线路采用包含原边线路和付边线路的直流-直流变换器，原边线路包含输入电压源、与输入电压源耦合的开关线路、耦合原边线路和付边线路的变压器，付边线路包含整流线路、跨接在整流器输出的尖峰电压吸收线路、和输出滤波环线路；吸收线路由吸收电容与一个具有并联二极管的开关器件串联构成，其特征在于，有源吸收线路中的开关器件的控制信号由整流器输出电压或与其成比例的信号生成。

优选地，如图3所示，上述有源吸收线路中的开关器件Q205为P型MOSFET，利用其体二极管实现对尖峰电压的吸收和方便对地的驱动控制实现能量的释放。

图4所示的是理论上可行的P-MOSFET驱动时序图。考虑到应确保Q205在Va下降前关断以避免由于Va的下降导致对C_snubber的放电，图4中Vg_Q205(短)是一种实用的驱动方式。尖峰电压吸收所需的时间很短暂，Q205只需要提供时间让吸收电容中的电流反向放电，就可以保证此吸收线路的正常运行。