[发明专利]非互补有源钳位反激变换器的控制器

说明书

本发明提供了一种非互补有源钳位反激变换器的控制器，包括频率控制单元、脉宽控制单元、时序控制单元和驱动单元，采用多模式控制方式，还包括波峰检测单元和模式判断单元，所述波峰检测单元，检测主开关管漏端的振荡电压的波峰，在变换器的非互补模式下，控制钳位管在波谷开通；钳位管的关断由内部设定的导通时间确定；所述模式判断单元，根据反馈电压FB，依模式判断的结果信号给出模式转换信号到时序控制单元。本发明通过增加DCM模式，屏蔽钳位管开通，减小了进入跳频模式时的励磁电流峰峰值，避免音频噪声的产生，优化了空载功耗；由于模式转换的比较过程设置了较长的延时，降低了模式转换对变换器控制环路的影响。

技术领域

本发明涉及有源钳位反激变换器，特别涉及一种非互补有源钳位反激变换器的控制器。

背景技术

反激变换器因其成本低、拓扑简单等优点广泛应用于中小功率离线式开关电源。实际工作过程中，反激变换器的原边能量并不能够完全传递到副边，留在原边的能量通过漏感和开关节点寄生电容的谐振在开关节点，即主开关管的漏端，产生很高的电压尖峰。为了减小开关管的电压应力，需要吸收电路，常规的吸收电路有RCD钳位电路、LCD钳位电路和有源钳位电路。其中，有源钳位电路添加额外的钳位管及较大的钳位电容，可以将漏感能量保存下来，并回收此能量至变换器输入端。另外，由于漏感的电惯性，有源钳位电路在漏感能量的回收过程结束后可以将主开关管漏端的电压拉低，从而实现主开关管的ZVS开通，减小主开关管的开通损耗，便于变换器功率密度的提升。

如图1所示，100为典型有源钳位反激变换器的电路图。图中，L_K为漏感、L_M为励磁电感、C_A为钳位电容、M_A为钳位管、M_P为主开关管、C_PAR为开关节点的寄生电容、R_S为励磁电感电流采样电阻、N_P为变压器原边绕组匝数、N_S为变压器副边绕组匝数、D_R为整流二极管、C_OUT为变换器输出电容、单元101为变换器的控制器(即是该变换器的主控制芯片)、单元102为隔离反馈电路。主控制芯片通过采样变换器输出电压和电流采样电阻R_S上的压降实现双环路峰值电流模式控制，确定主开关管M_P何时开通、何时关断。为了实现主开关管M_P的ZVS开通，需要合理控制钳位管M_A导通的时间。实际上，仅仅依靠漏感很难将开关节点的电压拉至地电位，而需要将励磁电感L_M的感量适当减小，使得励磁电感也存在负向电流。在钳位管关闭之后，励磁电感和漏感仍然流过负向电流，从开关节点的寄生电容上抽取能量，使得开关节点电压拉至地电位。

如图2所示，为典型的互补模式有源钳位反激变换器的关键信号波形，其中，G_M_P为主开关管的栅极驱动波形，G_M_A为钳位管的栅极驱动波形，DS_M_P为主开关管漏端电压波形，I_LM为励磁电感电流波形，I_LK为漏感电流波形。假设，励磁电感的感量为L_M，漏感的感量为L_K，励磁电感电流正向的峰值为I_PKP，负向的峰值为I_PKN，主开关管漏端电压为V_{DS_MP}，开关节点寄生电容容值为C_PAR，重负载情况下的开关周期为T_HD，轻负载情况下的开关周期为T_LD。为了可靠地实现主开关管ZVS开通，以上功率级参数需要满足：即需要保持一定幅值的负向励磁电流I_PKN，负向励磁电流的斜率是一定的，为：其中，V_OUT为变换器输出电压。随着负载的减轻，正的励磁电流峰值开始减小，则主开关管导通时间和钳位管导通时间相应地减小，才能保证负向励磁电流峰值为定值。所以，互补模式的变换器随着负载减轻是升频的，开关管的开关损耗在轻负载时没有得到减小。此外，轻负载时互补模式钳位管通路仍然存在较大的循环能量，也会造成轻载效率降低。