[发明专利]交错式双管正激转换器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交错式双管正激转换器控制方法，特别是指应用于电源供应器的交错式双管正激转换器。

背景技术

随着电源技术的迅速发展，市场对于服务器电源和通信电源的效率(包括满载和轻载时的效率)、可靠度、以及功率密度等性能都提出了更高的需求。在形式多样的转换器当中，交错式双管正激转换器由于所具有的诸多优点而得到了广泛的应用；诸如：变压器初级侧不存在桥式电路的直通问题使得可靠度变高、开关管在一半的输入电压下进行开关使得开关损耗较小、对称式的架构使得其电磁干扰(EMI)噪声较小、变压器次级侧的等效频率是初级侧的两倍而能够减小其次级侧所连接的滤波电感的体积等等。

请参阅图1，其为传统的交错式双管正激转换器的电路图。其中，交错式双管正激转换器10主要由四个开关S1～S4、四个初级侧二极管D1～D4、二个变压器T1～T2、次级侧的二个整流二极管D5～D6和一个续流二极管D7、以及输出端的滤波电感L及滤波电容C(二者形成一滤波电路)所构成。此外，输入端连接于一输入电压源Vin，其一般为前一级转换器的输出；开关S1～S4由功率半导体组件所构成，图中以金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来表示；至于变压器T1、T2的初级、次级侧线圈匝数比则均为N∶1。

图2为针对图1的交错式双管正激转换器的各晶体管开关进行控制时的时序图，其中横轴为时间，纵轴为各晶体管开关的导通(ON)/关闭(OFF)状态。图3则为在配合图2的控制方法的情形下、图1的交错式双管正激转换器中各变压器与其次级侧各二极管的电压波形图。要注意的是，图2中的各时刻点t₀～t₄完全对应于图3中的各时刻点。

以下同时参考图2与图3说明图1的交错式双管正激转换器的运作原理。

在t₀时刻，晶体管开关S1和S2导通，次级侧的整流二极管D5导通，输入电压源Vin通过变压器T1向输出端(负载)传送能量。

在t₁时刻，开关S1和S2同时关闭，此时次级侧的整流二极管D5承受反向电压、发生反向恢复后截止，于是次级侧的续流二极管D7导通；同时，初级侧的高压续流二极管D1和D2导通，变压器在—Vin电压的作用下复位。此时，流经整流二极管D5的电流便转移到续流二极管D7，而当激磁电流减小至零时，二极管D1和D2电流便自然过零而截止。

在t₂时刻，另一路转换器的晶体管开关S3和S4导通，整流二极管D6导通，次级侧的续流二极管D7承受反向电压、发生反向恢复后截止，流经续流二极管D7的电流转到整流二极管D6。此时，整流二极管D5所承受的最高反向电压为2Vin/N+V_spike；其中V_spike为续流二极管D7反向恢复所产生的电压峰值。

在上述针对图2所示的传统控制模式所进行的交错式双管正激转换器的工作原理分析中，可以看出：当晶体管开关S1、S2关闭时，负载电流由整流二极管D5转移到续流二极管D7，而在晶体管开关S3、S4导通时，负载电流则由续流二极管D7转移到整流二极管D6。由此可知，在一个完整的工作周期内，次级侧二极管一共发生了四次的反向恢复，其中两次由整流二极管D5和D6产生，另外两次则由续流二极管D7产生。

因此，在图1的交错式双管正激转换器中使用图2的控制方法，会在变压器次级侧的二极管上因为反向恢复而产生较大的开关损耗，使得转换器10整体的效率降低。

请参阅图4，其为日本特开平10-4680号案件所揭示的另一种交错式双管正激转换器的电路图，与图1相比，交错式双管正激转换器40中省去了续流二极管D7，后面将会叙述其原因。图5则为针对图4的交错式双管正激转换器的各晶体管开关进行控制时的时序图，以下参考图5说明图4的交错式双管正激转换器的运作原理。

与图2的控制模式不同之处在于：在图5的控制模式中，晶体管开关S1和S3不再分别与S2和S4同时开关，而是将其导通与关闭的时刻分别控制于晶体管开关S2和S4导通与关闭的之前和之后，如图5所示。

在t₀时刻之前，晶体管开关S1处于导通状态，晶体管开关S2处于关闭状态。在t₀时刻晶体管开关S2导通，整流二极管D5导通，输入电压源Vin向输出端(负载)传递能量。