[发明专利]一种基于反激变换器的软开关变换装置

说明书

本发明公开了一种基于反激变换器的软开关变换装置，其在传统Flyback变换器功率拓扑的基础上，在主功率管漏端串入一由可控功率钳位管与钳位电容构成的钳位支路；该变换装置原边芯片接收变换器功率回路的峰值励磁电流、谷底励磁电流及开关节点最大电压等信息并产生随输入电压和负载条件变化的理想驱动死区时间来控制主功率管与钳位管，从而能够完全消除因漏感引起的功率管漏端电压振荡。得益于几乎无损耗的MOS管有源钳位、稳定的钳位电压值及原副边全工况的软开关技术，本发明装置可以工作在很高的频率(>1MHz)，应用在电源适配器中可大幅提高适配器的功率密度。

技术领域

本发明属于开关电源控制技术领域，具体涉及一种基于反激变换器的软开关变换装置，该装置可应用于手机、笔记本电脑、平板电脑和超薄家用电视机等AC-DC电源适配器中。

背景技术

随着消费类电子AC-DC电源适配器尤其是笔记本电脑适配器小型化的要求日益增长，加之快速充电标准对适配器输出能量标准的提高，因此提高AC-DC电源适配器的功率密度是开关电源技术所必须解决的议题。在现有技术条件下，由于几乎所有的AC-DC电源适配器都为开关电源，而提升开关工作频率可以减小开关电源中无源功率器件及滤波器的体积。另外，适配器中的开关电源辅助散热装置(功率管散热片等)的大小也直接制约了适配器的总体积。因此，保证适配器的高效率，从而减小辅助散热装置也是适配器小型化的必然条件。综上所述，提升适配器中开关电源工作频率的同时保证高效率是提高适配器功率密度的最直接有效的策略。

反激(Flyback)变换器具有结构简单和MOS管数量少等优点，其被广泛应用于手机、笔记本电脑和平板电脑等AC-DC电源适配器中。其中准谐振谷底导通模式的Flyback变换器为当今中小功率AC-DC电源适配器中的主流变换装置。图1为准谐振谷底导通控制的Flyback原理图，图2给出了控制信号与漏端电压波形。如图1与图2所示，由于该控制模式尽量使得Flyback原边MOS管在漏端谷底电压V_valley导通，因此该模式相比传统Flyback变换器控制具有更低的开关损耗。

然而这一现有技术在提高开关频率存在一系列难以克服的缺点：①该技术采用了无源的RCD网络(如图1所示)来消耗Flyback电路漏感中的能量以抑制原边功率管漏端电压尖峰，该RCD吸收电路每个周期都要消耗漏感中的能量来对漏端电压进行最高钳位。当变换器工作在较低频率(80kHz～180kHz)时，该能量损耗还不是很大，但是当变换器为了减小体积工作在高频时(>1MHz)，该RCD钳位电路损耗会极大地降低整体变换器的效率。②不仅如此，由于RCD电路仅仅是钳位MOS管漏端电压最高点V_clamp，整个电路还是会在MOS管关断时高频振荡；倘若变换器工作在高频，这一高频振荡会伴随开关次数在同一时间的提高演化成电磁干扰(EMI)问题。③虽然准谐振谷底导通Flyback实现了相比传统更小的原边开关损耗，然而这一导通损耗依然会在高频时成为系统不可接受的损耗占比。由上所述，目前主流的准谐振谷底导通Flyback方案不能保证高效率并使变换器工作在高频，其难以有效提高整个适配器系统的功率密度。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于反激变换器的软开关变换装置，其在传统Flyback变换器功率拓扑的基础上，在主功率管漏端串入一由可控功率钳位管与钳位电容构成的钳位支路；该变换装置原边芯片接收变换器功率回路的峰值励磁电流、谷底励磁电流及开关节点最大电压等信息并产生随输入电压和负载条件变化的理想驱动死区时间来控制主功率管与钳位管，从而能够完全消除因漏感引起的功率管漏端电压振荡。

一种基于反激变换器的软开关变换装置，包括基于有源钳位支路的反激变换器及其原边控制芯片；