[发明专利]一种用于原边反馈反激变换器的混合控制电路

说明书

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于原边反馈反激变换器的混合控制电路。本发明利用膝点检测与采样保持电路、误差放大器，逐周期电流限产生电路、可变电流产生电路和周期时钟产生电路所构成的BCM/DCM混合控制电路，可以在原边反馈反激式变换器中实现高效智能的恒定输出电压控制，混合变频BCM与DCM的工作模式在拓展了负载范围的同时使得系统在轻载下的效率得到显著的提升。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于原边反馈反激变换器的混合控制电路。

背景技术

在电力电子技术逐步提升的当下，物联网，工业电子，汽车电子，便携式设备等充满机遇和挑战的应用飞速发展，与之匹配的电源管理技术研究在集成电路领域中受到普遍关注。与此同时，随着电子产品功能的多样化以及体积的微型化，电源管理芯片的性能需求也日益提升。在电源管理芯片中，开关电源通过控制系统中功率开关管的周期性导通以及关断，从而控制能量的传输以及转化过程以期调整输出电压，其兼具小体积，低功耗，高效率，大的带载能力和宽负载范围等显著的应用优势而受到市场青睐。其中，由于反激变换器具有结构简单，输入输出电压之间具有良好的电气隔离，不需要输出滤波电感等优点可以很好地适用于宽输入范围，高电压小功率，以及多组输出的应用，而成为研究热点。而原边反馈反激式变换器相较于传统的副边反馈反激式变换器来说，省去了由光耦器件和TL431等用于进行输出电压反馈的网络，避免了光耦器件抗环境干扰能力低所带来的问题，同时反馈网络元件减小，使得变换器更加小型化。

发展至今，原边反馈反激式变换器已经衍生出了多种控制方式，通过反馈的手段来对系统的各项参数进行调节，让系统能够输出稳定且精确的电流或电压，而系统常见的工作模式有连续导通模式(CCM,Continuous Conduction Mode)和断续导通模式(DCM,Discontinuous Conduction Mode)。在CCM下变压器原边电感电流在每个周期开始以及副边电感电流在每个周期结束都不为零，而在DCM下存在一段时间变压器的电流为零，这段时间内完全由输出电容供电。

工作在CCM模式下的原边反馈反激变换器由于每周期开始结束原边电流和副边电流不为零，存在直流分量，在相同负载条件下具有更低的原边和副边峰值电流，这可以减小原边功率管和整流二极管的应力承受，输出纹波相对较小，可以工作在空载条件下。但是，为了确保反激变换器系统能工作在CCM模式下，需要更大的电感以及变压器铁芯面积，意味着需要更大体积的变压器，不利于系统小型化。其次由于副边电流每周期不为零，对于原边反馈式反激变换器来说，不存在具有特殊性质的膝点电压，对输出电压信息的采样比较困难，最后由于副边电流不到零，在每周期开始的时候，存在续流二极管的反向恢复的问题。而对于工作在DCM模式下的变换器来说，首先其具有谐振特点的膝点电压，使得输出采样设计简单。其次，由于每周期副边电流都会到零，不同的应用下，不同的副边线圈等效电阻不会对输出调整造成误差，适应性更好，与此同时也没有续流二极管的反向恢复问题。在负载一致的条件下，DCM模式所需的变压器尺寸要远远小于CCM模式。同样的DCM模式也有其缺陷，首先则是原边和副边的峰值电流都相对要高，要求功率开关器件的具有更高的击穿电压以及承受更大的导通瞬时电流，同时造成的损耗也越大，导致重载效率比较低。另外DCM状态下输出纹波比较大，需要更大的负载电容用于降低纹波，最后处于DCM状态下系统不能适用空载应用必须带有假负载。

基于CCM采样困难和DCM效率较低的问题研究人员提出了边界导通模式(BCM,Boundary Conduction Mode)，这是一种介于CCM和DCM之间的一种临界导通状态，在每周期伊始，原边电感电流从零点开始以固定斜率逐步增加，副边电流则会在每周期结束时刚好下降到零电流点，然后开启下一个周期。由于副边电流每个周期都会下降到零，既存在膝点电压用于保证原边反馈采样的实现，又不会有续流二极管反向恢复电流的影响，且可以在没有外部负载补偿组件条件下拥有较好的负载调整，另外保证了次谐波振荡不会发生，避免斜坡补偿的问题。但是同时BCM与DCM模式相比需要更大的电感来限制电流下降速度，变换器的体积较大，且BCM是一种变频的控制，随着负载的降低，开关频率也会不断提升，使得轻载条件下，系统损耗的不断增加，轻载效率表现不佳。