[发明专利]一种有源箝位反激变换器及其实现方法

说明书

本发明公开了一种有源箝位反激变换器及其实现方法，其中原边主开关Q₁，经谐振电感L_r与所述变压器原边绕组相串联；在所述原边主开关Q₁导通期间，直流输入电压经谐振电感L_r加到所述变压器原边绕组，变压器存储能量；在所述原边主开关Q₁关断期间，直流输入电压与所述变压器原边绕组断开，变压器在原边主开关Q₁导通期间所存储的能量通过变压器的副边绕组释放给负载。本发明根据检测的副边整流管电流过零点关断辅助开关管，并根据得到的负载电流值进行自适应降频，实现变换器全负载范围效率优化，还可解决原边谐振型有源箝位反激变换器的副边整流管电流跌落问题。

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，涉及一种有源箝位反激变换器及其实现方法。

背景技术

随着电力电子技术应用的快速发展，人们对开关变换器的小体积、高效率和高可靠性要求越来越高。反激变换器由于其拓扑简单，元器件少等特点，在小功率开关电源中被广泛运用；但由于普通反激变换器原边开关管的硬开关，以及漏感能量的消耗无法回收，导致损耗较大，不适用于低电压、大电流的应用场合。

有源箝位反激变换器可以实现零电压开通(ZVS)，通过电流将其寄生电容中的电抽走，在开关管开通前使开关管两端电压下降到零，从而大大降低原边开关管的损耗，提高效率。

传统的有源箝位反激变换器常采用互补控制方法。在轻载情况下，由于辅助管导通时间变长，励磁电感负电流变大，导致辅助管的导通损耗和关断损耗明显增加；导致轻载效率较低。

针对上述问题，一种现有的技术是在有源箝位反激变换器中采用非互补控制策略，即在主开关管关断之后，让辅助开关管保持关断，仅在主开关管开通之前将辅助开关管导通一小区间，从而产生负向励磁电流，实现主开关的零电压开通，如图1所示。然而这种方法中，辅助开关管存在较长的体二极管导通区间，导致通态损耗增加，效率降低。

此外，采用传统控制方式的有源箝位反激谐振拓扑在轻载下还存在同步整流误触发的问题。其原边主开关管断开时等效电路如图2所示。谐振电感L_r和原边开关管的寄生电容C_poss、副边整流管的寄生电容C_{sr_oss}进行谐振，由于L_r和C_poss、C_{sr_oss}都很小，因此谐振频率极高，谐振电感电流i_r会在峰值处出现一个跌落现象，如图3波形所示。待跌落过程结束后，电路进入新的谐振状态，因输出电容C_o远大于箝位电容C_r，可将输出电容看作恒压源，等效电路如图4所示。求解电路可得到谐振电感电流：

其中，t₀为新谐振状态初始时刻，I_r(t₀)、V_c(t₀)为谐振电感L_r和箝位电容V_c在初始时刻的初始值，n为变压器原副边匝比，通过辅助角公式可得到谐振初相：

从式(2)可以看出，当V_c(t₀)nV_o时，谐振初相小于90°，如图3电流波形所示，副边整流管电流i_s首先出现一个向上谐振的趋势。若参数不合理，谐振电感电流i_r将谐振并触碰到变压器励磁电流i_Lm，导致副边整流管电流i_s提前跌落为零，同步整流控制器很有可能会提前关断同步整流管，导致副边损耗增加。