[发明专利]判断互补开关处于软开关或硬开关状态的电源开关系统及方法

说明书

本发明涉及一种判断互补开关处于软开关或硬开关状态的电源开关系统及方法。在第一参考节点和第二参考节点之间串联连接有第一开关和第二开关，第一参考节点和第二参考节点具有不同的电位，驱动互补的第一开关和第二开关交替接通，其中一者接通时另一者关断而不能同时接通；在第一开关的接通时段和第二开关的接通时段之间设定死区时间；侦测第一开关和第二开关的互连节点处的电位换向时间节点；在每个开关周期内该换向时间节点早于死区时间的结束时刻则表征处于软开关状态；在每个开关周期内该换向时间节点晚于死区时间的结束时刻则表征处于硬开关状态。

技术领域

本发明主要涉及到功率开关的驱动领域，确切的说是涉及到在驱动功率开关的方案中可以较精确的甄别开关是处于硬开关还是软开关状态。

背景技术

开关管是指以晶体管作为开关器件，主要包括双极晶体管、金属-氧化物型场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等。设计开关电源时，开关管的损耗是一个重要指标。降低损耗可以提高系统的效率和功率密度，还可减小散热装置的体积，使得开关电源小型化，延长开关电源使用寿命。开关管损耗通常分为开通损耗、关断损耗以及导通损耗三部分。导通损耗又包括传递能量时的导通损耗和续流电流的导通损耗两部分。不同开关技术产生的损耗各不相同。硬开关指在开关管两端电压和电流没有降到零时导通和截止，因此会产生较大的开通损耗和关断损耗。软开关分为零电压开关ZVS和零电流开关ZCS。ZVS指在开关管开通前，使其两端电压下降到零，ZVS的开通损耗基本可以减小到零。ZCS指在开关管关断前，使其电流为零，ZCS的关断损耗基本可以减小到零。

对于全桥同步整流电路来说，如果采用ZVS则相对于硬开关确实可以降低开通损耗，但也存在着续流电流的导通损耗。此外电流拓扑参数诸如漏感也会影响到ZVS的软开关性能。因此使用单一的硬开关技术或软开关技术并不是最佳的控制方法，根据一定条件在软开关和硬开关之间进行智能切换则可以充分利用这两种技术的特点来实现最优控制。传统的模拟控制方法无法实现软开关和硬开关的自动切换，随着近年来MCU微控制器技术的发展，开关电源的控制部分逐渐向数字化方向发展。数字控制的一大优点在于其灵活性并且补偿网络的数字化、复杂的驱动波形生成、复杂的故障诊断策略功能等均是模拟控制所难以实现的，因此数字化获得了较快的发展。

为了克服硬开关变换器的缺陷，提出了许多软开关方法。这些软开关方法可以分为两大类。一类为有源软开关技术，典型的如PWM零电压或零电流过渡软开关技术，它们是以附加的辅助有源开关及L、C谐振元件，使电力电子管在零电压下或零电流下完成过渡状态期间的换流；其本质是利用了L、C谐振电路存在电压或电流过零点与有源开关的实时可控性，来实现软开关。但是，这里的谐振能量必须足够大以创造零电压开关或零电流开关的条件，此外有源谐振电路应当在软开关控制器的控制信号下工作。实际上辅助电路的自身功耗，以及有源器件与控制的复杂度也带来了成本的提高与可靠性的降低，故许多软开关技术的推广应用受到了很大的限制。另一种则是无源软开关技术，它利用主电路电力电子管PWM状态的变化来代替受给定时序控制的辅助有源开关，只用无源无损元器件而设法在硬开关变换器上构成无源的缓冲软开关电路，由于不用额外的有源开关和相应的控制、检测、驱动电路，就有较低的成本、较高的可靠性、较好的性价比，而且还可能获得接近于有源软开关技术的效果而日益得到人们地重视。