[发明专利]一种波峰检测电路及其应用

说明书

本发明公开一种波峰检测电路及其应用，所述的波峰检测电路包括RC微分电路、基准电路、箝位电路和比较器，比较器根据RC微分电路和箝位电路检测半桥变换器上管与下管连接处SW电压斜率变化情况与基准电路产生的基准电压进行比较，从而定位SW处电压谐振到达波峰时刻，再经过逻辑控制器和已处于等待状态的上管开通控制信号进行逻辑处理，最终实现半桥类拓扑上管开通前死区时间的自适应调节和波峰导通控制，应用本发明的基于半桥变换器的开关电源装置具有开关损耗低及EMI噪声低等优势。

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及半桥变换器的波峰检测及控制。

背景技术

如图1所示为基于半桥变换器的开关电源装置原理图，包括主控IC、驱动IC和半桥变换器，其中主控IC为PWM控制器，驱动IC为常规半桥类驱动IC，包括高边输入信号引脚HI、低边输入信号引脚LI、供电引脚VDD、低边参考地引脚VSS、高边自举电压引脚HB、高边参考地引脚HS、高边驱动信号输出引脚HO和低边驱动信号输出引脚LO，半桥类变换器一般包括输入电源Vin、电源公共地GND、开关管Q1、同步开关管Q2和储能元件T。

上述电路中的开关管Q1也称之为上管、同步开关管Q2也称之为下管、开关管Q1的源极和同步开关管Q2的漏极的连接点也称之为上管与下管连接处SW、需要说明的是，该电路图中的储能元件可以是电感或者变压器，驱动IC也可集成在主控IC中。

该电路的工作原理为：通常由主控IC发出上管控制信号HI和下管控制信号LI，经过驱动IC放大处理之后产生具有一定驱动能力的驱动信号HO和LO，且HO和LO为互补信号，当高边驱动信号HO驱动上管Q1开通时，输入电源Vin经Q1对储能元件T励磁产生稳定输出电压，当上管Q1关断，低边驱动信号驱动下管Q2开通时，Q2续流通过储能元件T去磁维持稳定输出电压。

半桥类变换器为了防止上下管共通，大多数主控IC或驱动IC在设计开发时均会为上下管的控制信号或驱动信号之间预留一定死区时间，上管关断到下管开通之间的死区时间可称为下管死区时间，下管关断到上管开通之间的死区时间也可称之为上管死区时间，死区时间大小主要依靠IC外部引脚设置与调节，且死区时间内上下管均关断，储能元件与开关管的寄生电容发生谐振。

图2为上管波峰导通波形图。半桥类拓扑工作在临界模式时，当流过储能元件电感或变压器的电流I_L下降至零后，储能元件和开关管的寄生电容开始谐振，当上管与下管连接处SW电压谐振至最大值时上管被导通，通常被称为波峰导通，此状态下可减小开关损耗并改善开关电源EMI。

图3为上管死区时间过小时导通波形图，上管在波峰导通时虽然能够减小开关损耗，但也需要合适的上管死区时间t_dead，当上管死区时间过小时，上管与下管连接处SW电压在谐振上升过程中上管就被导通，储能器件电流I_L仍为负值，此时减小开关损耗作用有限，不一定能够提高开关电源效率。

图4为上管死区时间过大时导通波形图，当上管死区时间t_dead过大时，上管与下管连接处SW电压已跃过第一个谐振峰值到达下降段时上管才被导通，此时不仅增加了储能元件电流I_L谐振为正值时的导通损耗，而且上管在谐振下降沿被开通并未有效减小开关损耗，理论上工作在此状态开关电源效率可能还会有所降低。

综上所述，使用常规方法死区时间大小主要依靠IC外部引脚设置与调节，且只能设置为固定值时，同一开关电源规格下则无法根据功率电路的不同输入输出工况完成自动调节，容易导致死区时间在输入输出条件有所变化时过小或过大，进而无法保障上管在波峰处开通，影响全工况范围内开关电源效率。

发明内容

鉴于在现有基于半桥类变换器开关电源装置中死区时间无法自适应调节以及无法自动波峰检测进而影响效率这一技术缺陷，本发明要解决的技术问题是，提出一种波峰检测方法及其应用，在基于半桥类变换器的开关电源装置功率电路中不增加额外波峰检测电路，且能实现上管死区时间自适应调节以及自动波峰检测。