[发明专利]一种开关变换器及其控制方法

说明书

本发明涉及电源电路领域，公开了一种开关变换器及其控制方法。与现有技术相比，本发明增加了吸收电容和MOS管串联，然后并联在开关变换器的功率管Q2两端。本发明通过控制MOS管来控制吸收电容充电、放电时机，使得功率管Q1关断时，功率管Q1和功率管Q2产生的正应力尖峰和负应力尖峰降低，进而避免器件选型困难、EMI差的问题；且有利于在输出电流较大的应用环境下，提高功率管Q1的关断速度，降低关断损耗。

技术领域

本发明涉及电源电路领域，特别涉及应用于ZVS控制的开关变换器及其控制方法。

背景技术

ZVS(零电压开通)的BUCK变换器由于具有开关损耗小，效率高，EMI性能好等优点，是目前开关变换器发展的主要趋势。

请参考图1，中国专利申请号为CN202011039117.2的专利申请文件提出了一种多模态软开关变换器及其控制方法。开关变换器包括同步整流电路和控制器，控制器根据负载和开关频率的大小，通过控制同步整流控制电路中的功率管Q1和功率管Q2的导通和关闭，使同步整流电路工作在变频模式、准谐振限频模式和降频模式。控制器根据输入电压与输出电压的关系判断变频模式和准谐振限频模式是否要包含反向阶段，最终获得同步整流电路在全负载范围和全输入电压范围内实现零电压开通效果，即软开关的效果，从而提高开关变换器的工作频率，功率密度和效率，减小体积，降低成本。

该专利提出的多模态软开关变换器及其控制方法，主要为同步整流BCUK变换器ZVS技术。通过在功率管Q1导通前，将开关变换器的中点电压Vs抬升至输入电压Vin附近，然后再让功率管Q1导通，从而实现功率管Q1的ZVS。且由于该控制方法主要通过检测电感L电流是否过零进行实现，因此该开关BUCK变换器工作在临界模式附近，其功率管Q2可天然实现ZVS开通和近似ZCS(零电流关断)。

但是，上述多模态软开关变换器及其控制方法，存在以下弊端：功率管Q1关断前，流过功率管Q1的最大电流iQ1_max＞2Io(Io代表上述软开关变换器输出电流)，为降低关断损耗，功率管Q1关断速度需足够快，然而，由于功率管Q1关断速度较快，如此，导致功率管Q1和功率管Q2分别产生非常大的正应力尖峰和负应力尖峰，进而引起器件选型困难、EMI差的问题。

发明内容

有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提出一种开关变换器及其控制方法，能够降低现有的同步整流BCUK变换器，在输出电流较大的应用环境下，功率管Q1关断瞬间，功率管Q1和功率管Q2产生的正应力尖峰和负应力尖峰，进而提高开关变换器的适用性、器件可靠性及EMI性能，降低器件选型困难；同时，在确保降低功率管应力的同时，可有效降低吸收电容对开关变换器效率的影响。

本申请的发明构思为：采用一个吸收电容和一个开关管(MOS管)串联，然后并联在开关变换器的功率管Q2的漏级和源级两端。在开关变换器的功率管Q1导通前，功率管Q2导通时间内，使开关管导通，将吸收电容投入到开关变换器中。则当功率管Q2关断时，功率管Q2的漏级和源级两端等效输出电容为寄生电容和吸收电容之和。由于功率管Q2关断时，电感电流已经反向，因此功率管Q2关断瞬间，电感反向电流给功率管Q2的寄生电容和吸收电容充电(吸收电容的容值远大于寄生电容的容值)，功率管Q2漏极电压开始上升。待功率管Q2漏极电压上升至开关变换器输出电压附近时，关闭开关管，则此时功率管Q2两端等效输出电容，由寄生电容的容值和吸收电容的容值之和减小为等于寄生电容的容值。由于功率管Q2等效输出电容降低，则功率管Q2漏极电压上升斜率增大，漏极电压继续升高，直到升至输入电压附近时，功率管Q1导通，实现功率管Q1零电压开通。