[发明专利]强迫式零电压开关反激变换器

说明书

通过检测次级绕组的正电流冲程作为同步整流器关断触发器，一种反激变换器配置强迫式零电压开关(ZVS)时间控制。在开关周期快结束时，接通同步整流器开关，或者延长接通时间，在次级绕组电流上形成电流波纹。反激变换器的控制电路检测次级绕组电流上的正电流冲程，以断开同步整流器，启动下一个开关周期。此时，初级开关上的电压放电，初级开关在零漏极至源极电压下接通。在其他实施例中，通过初级开关耦合电容器或者通过初级绕组耦合电容器，或者两者兼具，实现初级开关的断开瞬变下的零电压开关。

技术领域

本发明涉及反激变换器领域。

背景技术

反激变换器是一种绝缘式功率转换器，常用于输入和一个或多个输出之间的电流绝缘的交流至直流和直流至直流之间的转换。更确切地说，反激变换器是一个带有电感分裂的升压-降压变换器，构成一个变压器，使得电压比例与绝缘的额外优势相乘。同步整流通常用于代替二极管整流器，以提高效率。图1表示使用同步整流的反激变换器的一个示例。如图1所示，反激变换器的典型结构包括一个初级开关(SW)，耦合到变压器Lm的初级变压器绕组，以及一个同步整流器开关(SR)，耦合到变压器Lm的次级变压器绕组。通过初级绕组和初级开关，提供输入电压V_IN。控制电压V_GS控制初级开关接通和断开，传导初级电流Ipri。初级开关和同步整流器在运行中作为补充，一个开关接通，同时另一个开关断开。初级开关SW和同步整流器SR的传导周期不重叠。次级端的电流流动称为次级电流Isec，为输出电容器C3充电，提供输出电压Vo。在一些情况下，可以在次级端配置有源箝位，当初级开关SW断开时，嵌制初级开关SW的漏极端处的电压。

图2表示在恒定频率、连续传导模式(CF CCM)下，运行图1所示的反激变换器的示例信号波形。图3表示在恒定频率、不连续传导模式(CF DCM)下，图1所示的反激变换器的示例信号波形。图1所示的反激变换器、图2和图3所示的工作模式在以下论文中进行了详细介绍：M.T.Zhang,M.M.Jovanovic和F.C.Lee反激变换器中同步整流的设计考虑和性能评估应用电力电子会议及展览会，1997，APEC’97会议论文集1997，pp.623-630卷2。简而言之，当在CCM运行模式下工作时，在下一个开关周期启动(初级开关SW接通)之前，次级电流Isec没有达到零电流值，如图2所示。另一方面，当在DCM运行模式下工作时，在下一个开关周期启动之前，次级电流Isec达到零电流值，如图3所示。

当开关转换发生在电源开关的非零电压时，反激变换器会发生功率损失。在反激变换器中配置零电压开关(ZVS)，在零电压下完成开关，以获得高效率。提出了不同的配置零电压开关的技术。例如，Zhang论文中提出了在图1所示的反激变换器中可以配置变频(VF)ZVS DCM操作模式。图4复制了Zhang论文中的图5，并且表示在VF ZVS DCM工作模式下，图1所示的反激变换器运行的示例信号波形。确切地说，在初级开关获得ZVS，要延长同步整流器(SR)的传导周期，或将同步整流器的断开时间延迟一段时间T_delay，一直到次级电流Isec已经达到零电流值之后。利用延长的接通时间T_delay，使得在次级变压器绕组上建立负次级电流，如图4中的电流I_ZVS所示。只要负次级电流IZVS在励磁电感Lm中存储的能量，足够使初级开关寄生电容(如图1中的C1所示)放电至零电压，就可以在反激变换器中实现ZVS。然而，利用延长的SR传导时间，反激变换器的开关频率作为负载调制的函数可变。不需要变频操作，尤其是当避免电磁干扰(EMI)分布很重要时。

发明内容