[发明专利]对辅助开关晶体管的导通时段具有自适应控制的开关功率转换器

说明书

本公开涉及多开关的开关功率转换器中零电压开关的自适应控制，提供了一种开关功率转换器，所述开关功率转换器自适应地改变辅助开关晶体管的导通时段以定位能量充足与能量不足之间的边界。

技术领域

本申请涉及开关功率转换器，并且更具体地涉及用于多开关的开关功率转换器中的零电压开关的自适应控制。

背景技术

高效率的开关功率转换器(例如反激式转换器)已经成为作为移动设备的电池充电器的虚拟通用适配器。在反激式转换器中，初级侧控制器控制连接在变压器的初级绕组与接地之间的功率开关晶体管的循环。当功率开关被循环导通时，经整流的AC电源电压驱动初级绕组电流。经整流的AC电源电压可以是几百伏，使得它可以对功率开关晶体管施加应力。为了最小化功率开关晶体管的开关应力，已知准谐振(波谷模式开关)和零电压开关技术。例如，已知对于功率开关晶体管的循环断开时的漏极电压的谐振振荡采用波谷开关技术。谐振振荡的峰值电压可以相对鲁棒(高达200V或更高)，而最小电压(谐振振荡中的波谷)要低得多。因此，波谷模式开关涉及检测或预测谐振振荡中的特定波谷，使得功率开关晶体管可以在特定波谷时导通。

尽管波谷模式开关因此降低了功率开关晶体管上的电压应力，但请注意，波谷电压不为零，而是可以在20V甚至更高(比如60V)的范围内。然后，当功率开关晶体管导通时，该相对高的漏极电压向地放电，这降低了效率。波谷模式开关的更高功率效率替代方案是零电压开关(ZVS)。在ZVS操作中，变压器中的泄漏能量被存储并回收在电容器中，该电容器通过有源钳位开关耦合到功率开关晶体管的漏极电压。有源钳位开关在谐振振荡的峰值处循环，随着泄漏能量被回收，漏极电压放电到地以下。因此，ZVS架构在功率开关晶体管的导通时间对开关不施加应力。

然而，到目前为止，零电压开关点的检测已经被证明是有问题的。特别地，通常计算电路能量以估计完成谐振振荡的半周期所需的能量。但是这种估计严重依赖于电路参数的准确性，因此受到相当大的过程变化的影响。此外，半周期估计很漫长并且消耗大量的计算能力。由此产生的不准确性导致功率开关硬导通或浪费谐振能量和大电压应力。

因此，本领域需要改进用于开关功率转换器的零电压开关的控制。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种用于开关功率转换器的控制器，包括：波谷模式检测器，所述波谷模式检测器被配置为检测功率开关晶体管的漏极电压中的波谷，每个波谷为所述漏极电压的局部最小值并具有正电压；过零点检测器，所述过零点检测器被配置用于检测所述漏极电压的过零点，其中过零点发生在所述漏极电压为零时；以及自适应导通时间控制电路，所述自适应导通时间控制电路被配置为在相对短的导通时段与相对长的导通时段之间调整辅助开关晶体管的导通时段以确定产生所述漏极电压中的过零点的最佳导通时段，所述相对短的导通时段仅产生所述漏极电压中的波谷，所述相对长的导通时段仅产生所述漏极电压中的过零点，其中，比所述最佳导通时段更短的导通时段产生所述漏极电压中的波谷而非过零点，并且其中，所述控制器被配置为在由所述最佳导通时段产生的所述漏极电压中的过零点处导通所述功率开关晶体管。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于开关功率转换器的控制器，包括：波谷模式检测器，所述波谷模式检测器被配置为检测功率开关晶体管的漏极电压中的过零点和波谷两者，每个波谷为为所述漏极电压的局部最小值并具有正电压，所述漏极电压中的每个过零点在所述漏极电压为零时产生；自适应导通时间控制电路，所述自适应导通时间控制电路被配置为在相对长的导通时段与相对短的导通时段之间调整辅助开关晶体管的导通时段以确定产生所述漏极电压中的过零点的最佳导通时段，所述相对长的导通时段仅产生所述漏极电压中的波谷，所述相对短的导通时段仅产生所述漏极电压中的过零点，其中，比所述最佳导通时段更短的导通时段产生所述漏极电压中的波谷而非过零点，并且其中，所述控制器被配置为在由所述最佳导通时段产生的所述漏极电压中的过零点处导通所述功率开关晶体管。