[发明专利]一种开关电源中软开关电路的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及一种开关电源中软开关电路的控制方法。

背景技术

目前开关电源发展趋势为：高频小型化，高功率密度，高效率，低成本。而传统的开关电路由于半导体器件处于硬开关工作状态，其损耗非常大，无法提高自身效率，从而使体积庞大，逐渐失去市场竞争力。由于受到半导体器件行业发展以及价格等方面因素的限制，软开关电路拓扑成为绝大多数开关电源厂商提高产品竞争力的选择，关于软开关电路方面的研究以及专利非常多，其中一种“电感+开关”串连形式的软开关电路ARCP(auxiliary resonantcommutated pole辅助谐振换流极)因硬件电路简单，控制易实现，效果好，得到很多开关电源行业人员青睐。如中国实用新型专利ZL 200620131113.6公开了一种ARCP软开关电路，即属此类软开关电路的改进。

传统的硬开关电路的工作原理是：如图1，正负直流电源±1/2Ud与主功率开关器件SW1与SW2组成主功率半桥逆变电路，通过控制主功率开关器件SW1与SW2不断开通与关断，在B点得到±1/2Ud的高频脉冲电压，通过主功率滤波电路的电感L1与谐振电容C3，在谐振电容C3两端得到设计需要的工频输出电压，同时在L1上形成主功率滤波电流I1。这时，主功率开关器件SW1与SW2属于传统硬开关，其损耗非常大。

为降低主功率开关器件SW1、SW2的损耗，ARCP软开关电路增加了两个单向辅助开关器件SW3、SW4和谐振电感L2，同时在主功率开关器件SW1、SW2两端分别并联相对其自身寄生电容较大的谐振电容C1、C2。通过控制辅助开关器件SW3、SW4的开通与关断，在谐振电感L2上形成谐振电流I2，其电流在方向上与主功率滤波电流I1保持一致，通过谐振电感L2与谐振电容C3发生的谐振，实现主功率开关器件SW1与SW2零电压开通。同时，由于在主功率开关器件SW1和SW2两端并联容值相对自身寄生电容大得很多的谐振电容C1和C2，从而实现主功率开关器件的零电压关断。这样，ARCP软开关电路能够实现主功率开关器件SW1、SW2的零电压开通和零电压关断，从而大大降低了主功率器件的损耗。同时对于新增加的辅助开关器件SW3、SW4，由于与其串连的谐振电感L2的存在，电流不会发生突变，从而实现零电流开通，通过合理的控制辅助开关器件SW3、SW4的开通和关断的时间，可以实现辅助开关器件SW3、SW4的零电流关断，这样对于新增加的辅助开关器件SW3，SW4而言，其工作状态属于零电流开通和零电流关断，其开关损耗非常小。

通过上述分析我们可以看到，ARCP软开关电路不但实现主功率开关器件SW1、SW2零电压开关，降低其损耗，而且还实现了辅助开关器件SW3、SW4的零电流开关，其开关损耗非常小，基本可以忽略其开关损耗。从而电路整体工作效率有非常明显的提高，整机损耗大大降低，其体积也可以明显缩小，从而提高产品整机竞争力。

虽然ARCP软开关电路具备上述低损耗，高效率的优点，但实际使用过程中发现，此电路拓扑存在一个明显缺点，即当主功率滤波电流I1比较小尤其是在过零点附近的时候，在正半周，续流二极管D4无法正常导通，会造成以下几种不良后果：

1)谐振电容C1、C2冲击电流非常大，会使其寿命降低甚至失效。

2)主功率开关器件SW2冲击电流非常大，会降低其可靠性甚至失效。

3)主功率开关器件SW1两端尖峰电压非常高，会击穿使之失效。

以上三种不良后果都会直接导致电路工作异常甚至使整机无法正常工作。同理，负半周，续流二极管D3无法正常导通，会造成以下几种不良后果：

1)谐振电容C1、C2冲击电流非常大，会使其寿命降低甚至失效。

2)主功率开关器件SW1冲击电流非常大，会降低其可靠性甚至失效。

3)主功率开关器件SW2两端尖峰电压非常高，会击穿使之失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述ARCP软开关电路所存在的缺点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种改进的软开关电路的控制方法，其在上述ARCP软开关电路的控制步骤下，通过进一步控制正向和负向辅助开关器件的开通与关断，在谐振电流歇止期间的至少一段时间内，在谐振支路上形成与交变主功率滤波电流反方向的补偿电流，以保证谐振电容在死区时间内完成充电和放电过程，使续流二极管可以正常导通，从而避免软开关电路在电流过零处产生的冲击电流和尖峰电压对元器件造成伤害。