[发明专利]不对称半桥反激变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种不对称半桥反激变换器及其控制方法，该控制方法包括：在不对称半桥反激变换器的初始开关周期内，获得第二开关管的预关断时刻，并于第二开关管的预关断时刻开始延迟第一时间后控制第二开关管关断；在不对称半桥反激变换器的非初始开关周期内，判断当前开关周期中第一开关管是否为零电压开通，并基于判断结果调整第一时间的大小。本发明能够实现不对称半桥反激变换器的接近零电压开通；同时，可以满足更大范围的输入电压和更大范围的输出电压下的理想的死区时间设定。

技术领域

本发明涉及不对称半桥反激变换器技术领域，具体涉及一种不对称半桥反激变换器及其控制方法。

背景技术

随着电力电子领域的迅猛发展，开关变换器的应用越来越广泛，特别是人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。一般传统的小功率开关变换器采用反激拓扑实现，其具有结构简单、成本低廉等优点；但是普通反激拓扑是硬开关，而且不能回收漏感能量，因此限制了中小功率变换器的效率和体积。为了满足功率变换器小型化、轻量化、模块化的发展趋势，软开关技术已成为电力电子技术的热点之一。“软开关”是指零电压开关(ZVS)或零电流开关，它是利用谐振原理，使开关变换器的开关管电压(或电流)按正弦(或准正弦)规律变化，当电压过零时，使器件开通(或电流自然过零时，使器件关断)，实现开关损耗为零，从而提高变换器的效率和开关频率，减小变压器、电感的体积。虽然，软开关技术能够实现功率变换器的小型化、模块化等，但是，很多电路如LLC，电路变得非常复杂，使得中小功率的变换器的成本增加，往往不利于商业竞争。而不对称半桥反激变换器(Asymmetric half bridge Converter，简称AHB)在变压器的初级侧具有两个开关，它们可以以半桥配置提供，并由针对两个开关不同的脉冲宽度调制(PWM)信号驱动。非对称半桥反激式变换器的电感器被分割以形成变压器，使得电压比基于变压器的绕组比倍增，还具有隔离的附加优点。同时，在和普通反激变换器的器件数量和复杂度比较接近的条件下能够实现两个开关管的零电压开通，回收漏感能量，并且容易实现自驱动同步整流，在有效提升效率的同时减小变压器体积，成为一个比较好的应用方案。

目前常规的不对称半桥反激变换器的电路图如图1a和1b所示，其中图1a中上开关管Q2为第二开关管，下开关管Q1为第一开关管；图1b中上开关管Q1为第一开关管，下开关管Q2为第二开关管，两种电路工作原理基本相同，只是绕组位置不同。以图1b为例，其工作在临界模式(BCM模式)下的工作波形如图2所示，Vgs1和Vgs2分别为第一开关管Q1和第二开关管Q2的驱动电压信号波形；i_Lm为原边绕组Np上的的励磁电流波形；Vaux为辅助绕组Na两端的电压；Vds_Q1为第一开关管的漏源电压。其中，为防止第一开关管Q1和第二开关管Q2共通，需要在输送给第一开关管Q1和第二开关管Q2的驱动电压信号中留有一定的死区时间(如td1和td2)。

参考图2，BCM模式下的不对称半桥反激变换器在原理上通过控制第二开关管Q2额外多开通一段时间(如t_ZVS)，产生负向得到励磁电流，进而实现第一开关管Q1的零电压开通。但是现有的方案在实现第一开关管Q1的零电压开通时，性能不够优化，主要体现在以下两方面：

1、实现零电压开通的调节不是自适应的。如图2中的延迟时间t_ZVS是通过一个开环给定的时间，不能实现精准的零电压开通控制。

2、第二开关管Q2关断后至第一开关管Q1开通前的死区时间td2不够优化。如图2中的死区时间td2，需要根据输入电压Vin和输出电压Vo调整死区时间td2的大小，设计上较为复杂，且性能不是最优。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不对称半桥反激变换器及其控制方法，使得不对称半桥反激变换器的零电压开通更接近理想状态；同时，可以满足更大范围的输入电压和更大范围的输出电压下的更加理想的死区时间设定。