[发明专利]一种有源钳位反激变换器及控制方法

权利要求书

1.一种有源钳位反激变换器控制方法，所述有源钳位反激变换器包括主功率电路、钳位电路和输出滤波电路，主功率电路由变压器和主开关管连接而成，钳位电路由钳位电容与钳位二极管并联后与钳位管串联而成，与主功率电路中变压器的原边并联，输出滤波电路耦合在主功率电路的变压器的副边；所述控制方法控制所述有源钳位反激变换器周期工作，每个周期依次由如下5个工作阶段组成：能量存储阶段、死区阶段一、能量传递阶段、钳位续流阶段和死区阶段二；

能量存储阶段：主开关管导通、钳位管关断，副边不导通，变压器正向激磁；

死区阶段一：主开关管、钳位管关断，变压器原边电流先对主开关管的寄生电容充电，使其电压升高，使钳位管寄生二极管导通，使原边电流对钳位电容充电；

能量传递阶段：主开关管关断，钳位管导通，副边导通，变压器原边能量传递到副边，当副边电流Is等于0时，该阶段结束；

钳位续流阶段：主开关管关断，钳位管导通，副边不导通，励磁电感失去钳位作用，通过谐振对钳位电容进行放电，促使钳位二极管导通，使励磁电感被短路，励磁电流通过钳位二极管续流，直到钳位管关断，该阶段结束；

死区阶段二：主开关管、钳位管关断，通过谐振对主开关管的寄生电容放电，当主开关管寄生电容电压下降为0时，主开关管寄生二极管导通，此时主开关管ZVS导通；

其特征在于，所述有源钳位反激变换器采用变频控制，使电路的工作频率随负载变化，变频控制方案根据电路总损耗与电路工作频率的关系选择，在电路轻载时，根据电路总损耗与电路工作频率的关系，选择使电路工作在能降低其损耗的频率下；

降低电路轻载损耗的变频控制方案包括升频控制和降频控制；

调频方式如下：获得所述有源钳位反激变换器的输出电压反馈信号FB与原边峰值电流采样信号CS；

依据输出电压反馈信号FB和原边峰值电流采样信号CS调节所述有源钳位反激变换器钳位续流阶段的时间，从而调节电路的工作频率。

2.根据权利要求1所述的有源钳位反激变换器控制方法，其特征在于，调节频率过程中，死区阶段一和死区阶段二的时间或所占比例保持不变，能量存储阶段的时间由FB信号决定，能量传递阶段的时间由CS信号决定，调节能量存储阶段和能量传递阶段的时间以维持输出电压稳定。

3.根据权利要求2所述的有源钳位反激变换器控制方法，其特征在于，若选择升频控制方案，则随着负载的变轻，根据输出电压反馈信号FB和原边峰值电流采样信号CS缩短钳位续流阶段的时间，从而控制电路的频率随负载变轻而升高；

若选择降频控制方案，则随着负载的变轻，电路控制器根据FB信号和CS信号延长钳位续流阶段的时间，从而控制电路的频率随负载变轻而降低；

钳位续流阶段的时间由电路在相应负载下的最优效率决定。

4.一种采用权利要求1-3任一项权利要求所述控制方法的有源钳位反激变换器，包括控制器和电路，所述电路包括主功率电路、钳位电路和输出滤波电路；所述主功率电路由变压器和主开关管组成，其中，变压器原边绕组第一端子为电路的正输入端Vin+，变压器原边绕组的第二端子与主开关管漏极相连，主开关管的源极为电路的负输入端Vin-，所述变压器的副边绕组通过所述输出滤波电路滤波后输出，所述钳位电路与所述变压器原边绕组并联；所述控制器与所述主功率电路和钳位电路相连，为其中的开关管提供驱动信号，从而控制所述电路的工作过程；

其特征在于，所述钳位电路由钳位电容、主钳位管、钳位二极管、辅助电容和辅钳位管组成，所述钳位二极管的阴极与辅助电容一端连接后与辅钳位管的漏极相连接，钳位二极管的阳极与辅助电容的另一端连接后与电路的正输入端Vin+相连接，辅钳位管的源极与主开关管的漏极以及主钳位管的源极相连接，主钳位管的漏极与钳位电容一端相连接，钳位电容的另一端与电路的正输入端Vin+相连接。

5.根据权利要求4所述的有源钳位反激变换器，其特征在于，所述输出滤波电路由整流二极管和输出电容组成，整流二极管的阳极与变压器副边绕组第一端子相连接，整流二极管阴极与输出电容一端连接后形成电路的正输出端，输出电容的另一端与变压器副边绕组第二端子连接后形成电路的负输出端；其中，变压器原边绕组第一端子与变压器副边绕组第二端子互为同名端，变压器原边绕组第二端子与变压器副边绕组第一端子互为同名端。

6.根据权利要求5所述的有源钳位反激变换器，其特征在于，所述有源钳位反激变换器5个工作阶段的具体工作过程如下：

能量存储阶段

在能量存储阶段，主开关管导通，主钳位管及辅钳位管关断，副边整流二极管截止，变压器正向激磁；

死区阶段一

在死区阶段一，主开关管关断，主钳位管及辅钳位管关断，励磁电感和漏感对主开关管的寄生电容充电，主开关管两端的电压升高到输入电源电压Vin时，辅钳位管的寄生二极管导通，主开关管两端的电压升高到Vin+Vc时，Vc为钳位电容两端的电压，主钳位管的寄生二极管导通，励磁电感、漏感通过主钳位管的寄生二极管对钳位电容和辅助电容进行充电；

能量传递阶段

在能量传递阶段，主开关管关断，主钳位管及辅钳位管导通，整流二极管导通，变压器原边能量传输到副边，励磁电感电压被输出电压钳位在-Nps*Vo，其中，Nps为变压器原副边绕组匝数比，Vo为输出电压，同时，钳位电容和漏感发生振荡，谐振周期为其中Lr为变压器漏感的感量，Cr为钳位电容Cr的容量，钳位电容回收漏感能量，并将其传递至副边，直至副边电流降为零；所述钳位电容的容值满足：T_on为主钳位管导通时间，即能量传递阶段时间；

钳位续流阶段

在钳位续流阶段，主开关管、主钳位管关断，辅钳位管导通，副边电流为零，变压器失去钳位作用，励磁电感、漏感与主开关管的寄生电容及辅助电容谐振，辅助电容电压下降至-0.7V时，钳位二极管导通，此时，变压器被钳位二极管钳位，谐振停止，励磁电感、漏感通过钳位二极管续流，直至辅钳位管关断；

死区阶段二

在死区阶段二，主开关管关断，主钳位管及辅钳位管关断，励磁电感、漏感电流对主开关管寄生电容放电，当主开关管寄生电容电压下降为0时，主开关管寄生二极管导通，此时，主开关管导通，主开关管实现ZVS。