[发明专利]开关电源装置

说明书

本发明公开了一种开关电源装置，包含不对称半桥反激变换器和控制器；不对称半桥反激变换器用于实现将输入电压变换为输出电压，包含主开关、辅开关、变压器以及用于控制励磁电感电流负向峰值的单向钳位网络；控制器用于控制主开关、辅开关和单向钳位网络，使开关电源装置工作于某种工作状态；其特征在于：在输出负载电流大于或等于第一负载电流设定值时，控制器使开关电源装置工作于不对称半桥反激模式；在输出负载电流小于第一负载电流设定值时，控制器使开关电源装置工作于钳位不对称半桥反激模式。本发明在保留开关电源装置满负载及较重负载高效率优势的情况下，能降低轻空载下功率器件的电流有效值，大幅提升轻载效率，降低空载损耗。

技术领域

本发明涉及开关电源装置，特别涉及采用不对称半桥变换器构成的开关电源装置。

背景技术

开关电源具有其他电源所无法比拟的优势，广泛应用于工业生产、交通医疗、通讯及消费电子等各行各业。随着电子行业的发展，越来越多的电子产品出现在我们的日常生活中，世界各国的政府机构和行业组织都纷纷制定相应的能耗规范标准，以帮助更好地控制产品的待机功耗和转换效率、节约成本以保护环境和提升市场层次。国际上针对开关电源也制定了相关能效标准，不仅要求电源满负载及较重负载具备较高效率，同时也对电源50％负载、25％负载、10％负载以及空载功耗等提出了较高要求。

开关电源的核心为开关变换器，其中不对称半桥反激变换器因其具备开关器件软开关的特点，成为目前开关电源行业的一个研究热点。

图1所示为采用现有不对称半桥变换器构成的开关电源装置电路框图，包含不对称半桥反激变换器110和控制器120，不对称半桥反激变换器110包含输入电容Cin、主开关Q1和辅开关Q2、谐振电容Cr、变压器112、整流开关D、输出滤波电容Co以及隔离反馈电路113，控制器120通过隔离反馈电路113接收输出电压信息并通过控制主开关Q1和辅开关Q2，将输出调整至期望水平。图2所示为图1所示现有不对称半桥反激开关电源装置模式切换示意图，控制器120控制主开关Q1和辅开关Q2，在输出负载电流大于电流设定值Io3时，使开关电源装置工作于不对称半桥反激模式(AHBF Mode)，在输出负载电流小于电流设定值Io3时，使开关电源装置工作于突发模式(Burst Mode)。目前主流研究成果不对称半桥反激模式(AHBF Mode)多使用互补控制方式，即在一个开关周期的某一时刻，若主开关Q1开通则辅开关Q2关断，若主开关Q1关断则辅开关Q2开通，即主开关Q1与辅开关Q2互补导通。

关于不对称半桥反激变换器的具体工作原理，这里不详细说明，行业的专业技术人员可以参阅中国专利《一种不对称半桥反激电路的控制方法及电路》，申请号为201710885472.3，以便进一步了解相关背景技术。

根据目前行业的研究情况，在主功率参数设计较优的情况下(满负载及较重负载主开关恰好实现零电压开通)，不对称半桥反激变换器在满负载及较重负载通常具备较高的转换效率，但是励磁电感电流的负向峰值会随着负载的减小而变大，远超出变换器主开关实现零电压开通的需求，过多的电流将在谐振腔内流动，产生无效的损耗，从而降低效率，使得变换器的轻负载效率低和空载功耗较大。这个问题会随着变换器输入电压的升高而愈发严重。这极大的阻碍了不对称半桥反激变换器的产品化进程。

目前一些适用于反激类变换器的提高开关电源轻载效率、降低空载功耗的手段并不完全适用于不对称半桥反激变换器，如简单的通过降频控制、跳周期控制的手段实现降低反激变换器轻空载损耗，并不适用于现有不对称半桥反激变换器，这是因为现有不对称半桥反激变换器属于谐振类拓扑，降低频率会使得谐振参数失配，从而导致不对称半桥反激变换器谐振腔损耗上升，并不能产生降低轻空载损耗的效果。申请号为201610944987.1的中国专利提出一种通过升频降低不对称半桥反激变换器轻空载损耗的方案，这是谐振类变换器降低轻空载功耗的一种常规操作，也是一种无奈的举措，因为升频往往会伴随着驱动损耗的上升，减低轻空载损耗的效果不是很显著。