[发明专利]开关电源的控制方法及电路

说明书

本发明提供了一种开关电源的控制方法和电路，应用于有源钳位反激变换器，用于对变换器的负向励磁电流的峰值进行控制，本发明的控制电路包括采样单元、电流过零判断单元和控制单元，采样单元采样开关节点电压，并输出采样电压至电流过零判断单元；电流过零判断单元依据采样电压波形判断励磁电流的过零时刻；控制单元电路在励磁电流过零时刻后延时一段时间关断钳位管。本发明能够自适应地判断出励磁电流的过零时刻，进一步可以通过调节钳位管的关断实现负向励磁电流的控制，从而可靠地实现主开关管ZVS开通，并且尽量减小所需的负向励磁电流峰值，避免主开关管的过度软开关。

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及有源钳位反激变换器负向励磁电流的控制方法及电路。

背景技术

反激变换器因其成本低、拓扑简单等优点被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产生高频谐振，导致在开关节点，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，可以将开关节点的电压拉低，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。

图1所示100就是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为变换器的主控制芯片、单元102为隔离反馈电路。主控制芯片101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为主开关管的栅端驱动波形，G_M_A为钳位管的栅端驱动波形，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，主开关管实现ZVS开通的条件是：

对于变换器而言，励磁电感正向峰值电流I_PKP是随负载电流变化的，所以，为了可靠实现主开关管的ZVS开通，需要保持一定的励磁电感负向电流。

此外，能量守恒公式如下：