本發(fā)明涉及一種基于同步整流(sr)的零電壓開(kāi)通(zvs)臨界連續(xù)模式(crm)反激(fly-back)變換器的控制方法及其裝置，屬于功率變換技術(shù)范圍，特別是涉及高頻高效率的功率變換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種開(kāi)關(guān)變換器在日常生活的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但同時(shí)人們對(duì)開(kāi)關(guān)變換器的高功率密度與高效率提出了更為嚴(yán)苛的要求。小功率隔離型dc/dc變換器常采用fly-back拓?fù)洌渚哂须娐泛?jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種適配器電源。

在適配器電源中，無(wú)源元件(包括emi濾波器，磁性元件如電感、變壓器，容性元件如電容)的體積和重量是其功率密度進(jìn)一步提高的限制因素。為提高適配器電源功率密度，提高變換器的開(kāi)關(guān)頻率行之有效。隨開(kāi)關(guān)頻率大幅提高，變換器中無(wú)源元件的體積和重量可大幅減小，然而變換器的開(kāi)關(guān)損耗也將隨之增加，導(dǎo)致?tīng)奚儞Q器工作效率下降。在高頻化的應(yīng)用背景下，為兼顧變換器的高功率密度與高效兩個(gè)指標(biāo)，采用軟開(kāi)關(guān)的控制方法或軟開(kāi)關(guān)拓?fù)溆葹橹匾?/p>

一般地，fly-back變換器根據(jù)工作模式可分為三種：變壓器原副邊電流連續(xù)模式(ccm)、變壓器原副邊電流臨界連續(xù)模式(crm)、變壓器原副邊電流斷續(xù)模式(dcm)。其中，crmfly-back變換器可實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的谷底開(kāi)通與副邊二極管的零電流關(guān)斷(副邊二極管的反向恢復(fù)損耗為零)，因此開(kāi)關(guān)損耗小、效率高，成為兼顧高功率密度與高效兩個(gè)重要指標(biāo)的小功率電源適配器的主要待選者，也成為近年來(lái)高功率密度高效適配器的重要研究對(duì)象。

為進(jìn)一步提高crmfly-back變換器效率，同步整流(sr)技術(shù)被采用以減小變換器副邊器件的導(dǎo)通損耗。所謂sr技術(shù)就是在變換器副邊側(cè)采用工作在同步整流狀態(tài)(與原邊開(kāi)關(guān)管相互補(bǔ))的開(kāi)關(guān)管(下稱同步整流管)代替原有二極管，利用副邊同步整流管在大電流導(dǎo)通條件下極低的導(dǎo)通電阻與極低的導(dǎo)通損耗代替原有二極管較高的導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通損耗，從而節(jié)省導(dǎo)通損耗，提升變換器效率。這種方法對(duì)改善低壓大電流的單級(jí)式fly-back變換器的效率效果明顯。

另外，有研究表明：隨變換器開(kāi)關(guān)頻率提高，crmfly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管在谷底開(kāi)通條件下的結(jié)容損耗不能忽略。所謂結(jié)容損耗是指：開(kāi)關(guān)管輸出結(jié)電容在其開(kāi)通前存儲(chǔ)有一定電壓與能量，該能量在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通后的短暫瞬間被開(kāi)關(guān)管溝道短路從而釋放并耗散在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻上。影響結(jié)容損耗的因素分別是變換器的開(kāi)關(guān)頻率與開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)刻的谷底電壓。開(kāi)關(guān)頻率越高，結(jié)容損耗越大；開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)刻的谷底電壓越高，結(jié)容損耗越大。在高頻化發(fā)展趨勢(shì)下，降低開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)刻的谷底電壓是降低crmfly-back變換器中結(jié)容損耗的唯一途徑。文獻(xiàn)[1]基于srcrmfly-back變換器(輸入電壓范圍為100vdc-370vdc)，在副邊電流降為零后對(duì)副邊同步整流管額外增加某固定的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)fly-back變壓器原邊激磁電感的反向激磁，反向的原邊激磁電感電流對(duì)原邊開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容進(jìn)行抽流，使開(kāi)關(guān)管結(jié)電容上的電壓可在后續(xù)諧振階段降低至零，從而實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通(zvs)(此時(shí)開(kāi)關(guān)管結(jié)電容的電壓與能量均為為零)，顯著降低開(kāi)關(guān)管結(jié)容損耗，提高變換器效率。然而，文獻(xiàn)[1]為保證在輸入電壓(100vdc-370vdc)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)crmfly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管的zvs，在變換器的最?lèi)毫庸ぷ鼽c(diǎn)(最高輸入電壓即370vdc)設(shè)計(jì)額外增加的固定導(dǎo)通時(shí)間。然而這種依照變換器最?lèi)毫庸ぷ鼽c(diǎn)設(shè)計(jì)的固定導(dǎo)通時(shí)間對(duì)于較低輸入電壓條件屬過(guò)量設(shè)計(jì)(較低輸入電壓條件下所需導(dǎo)通時(shí)間一般較小)，導(dǎo)致fly-back變壓器反向激磁電流的激勵(lì)值偏大，使得變換器的環(huán)流增加，增加fly-back變壓器導(dǎo)通損耗與磁滯損耗，犧牲變換器效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于sr的zvscrmfly-back變換器的控制方法，采用控制方法可在變輸入電壓條件下自適應(yīng)調(diào)整副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)crmfly-back變換器在變輸入電壓條件下原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作，并保證副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的最優(yōu)化，最大限度減小fly-back變壓器的環(huán)流損耗。

本發(fā)明另一目的是提供一種基于sr的zvscrmfly-back變換器的控制裝置。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種基于sr的zvscrmfly-back變換器的控制裝置(如圖2)，該控制裝置采用模擬控制電路與數(shù)字控制器的組合方式，其中模擬控制電路包括：輸出電壓采樣電路、原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路與輔助繞組na采樣電路。

1)所述輸出電壓采樣電路的輸入端連接fly-back變換器輸出母線與輸出功率地，其輸出端連接至數(shù)字控制器的第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述輸出電壓采樣電路由對(duì)輸出功率地的第一電阻分壓網(wǎng)絡(luò)(由r4和r5構(gòu)成)和隔離環(huán)節(jié)(隔離環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)原副邊的信號(hào)隔離)依次連接構(gòu)成，其中，隔離環(huán)節(jié)可采用線性光耦隔離芯片。

2)所述原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路的輸入端連接fly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管漏極與變換器輸入功率地，其輸出端連接至數(shù)字控制器的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路由對(duì)輸入功率地的第二電阻分壓網(wǎng)絡(luò)(由r2和r3構(gòu)成)、輔助開(kāi)關(guān)管q3、采樣保持電容c2與運(yùn)算放大器依次連接構(gòu)成，其中，r2和r3構(gòu)成的第二電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與q3漏極連接，q3源極連接c2(c2的另一端接地)與運(yùn)算放大器同相輸入端，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接其輸出端。

3)所述輔助繞組na的采樣端輸入端連接至變換器輸入功率地，其輸出端連接數(shù)字控制器的激磁電流zcd比較單元，所述輔助繞組na由與fly-back變壓器耦合，其同名端與fly-back變壓器原邊靠近原邊開(kāi)關(guān)管漏極一側(cè)相同。

4)所述數(shù)字控制器的pwm模塊的輸出端分別連接至原邊開(kāi)關(guān)管q1、副邊同步整流管q2與原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路中輔助開(kāi)關(guān)管q3的驅(qū)動(dòng)電路，輸出相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)或窄脈沖以控制對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的通斷。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，采用一種基于sr的zvscrmfly-back變換器的控制方法，以上裝置為實(shí)施硬件，數(shù)字控制器需實(shí)現(xiàn)的功能單元包括：原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元、副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、pwm模塊與激磁電流zcd比較單元。其具體技術(shù)方案為：采用所述控制裝置，通過(guò)檢測(cè)原邊開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前瞬時(shí)的漏源極電壓vds，實(shí)時(shí)增或減副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間，從而在寬輸入電壓(例如100vdc～370vdc)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)crmfly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作，同時(shí)避免過(guò)量的副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間、減小變換器的環(huán)流損耗。

具體包括如下的控制過(guò)程：

首先，初始化窄脈沖時(shí)長(zhǎng)tp，死區(qū)時(shí)長(zhǎng)td，副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)ton2，副邊同步整流管增或減的步進(jìn)時(shí)間τ，輸出電壓基準(zhǔn)電平vref，激磁電流過(guò)零檢測(cè)的門(mén)檻電壓vzcd各參數(shù)；

1).fly-back變換器的輸出電壓vo經(jīng)輸出電壓采樣電路采樣、隔離后進(jìn)入數(shù)字控制器，經(jīng)第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后生成信號(hào)vo送入原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元；

2).原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元將信號(hào)vo與輸出電壓基準(zhǔn)電平vref作差后送入pi調(diào)節(jié)器，pi調(diào)節(jié)器輸出原邊開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)ton1送入pwm模塊；

3).輔助繞組na輸出信號(hào)送入激磁電流zcd比較單元的反相輸入端，與該單元的同相輸入端連接的門(mén)檻電壓vzcd比較后，輸出觸發(fā)信號(hào)reset送入pwm模塊；

4).當(dāng)激磁電流zcd比較單元產(chǎn)生reset信號(hào)時(shí)，pwm模塊產(chǎn)生與觸發(fā)信號(hào)reset上升沿相同步的窄脈沖vgs3，窄脈沖vgs3時(shí)長(zhǎng)為tp，窄脈沖vgs3隨即開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管q3，在窄脈沖vgs3期間，原邊開(kāi)關(guān)管的漏源極電壓vds經(jīng)第二電阻分壓網(wǎng)絡(luò)對(duì)采樣保持電容c2快速充電，充電完成后c2上的電壓為r3/(r2+r3)倍的vds，該值經(jīng)運(yùn)算放大器同相跟隨后進(jìn)入數(shù)字控制器的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后生成信號(hào)vhold，送入副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元；

5).副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元根據(jù)vhold對(duì)副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)增或減操作，圖3給出副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的控制時(shí)序圖，如圖所示：當(dāng)檢測(cè)到vhold>0，則在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間ton2進(jìn)行一次增操作，增加量為τ；當(dāng)檢測(cè)到vhold<＝0，則在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間ton2進(jìn)行一次減操作，減小量為τ，完成本開(kāi)關(guān)周期內(nèi)增或減操作后的ton2信號(hào)被送入pwm模塊；

6).pwm模塊產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs1、vgs2與窄脈沖vgs3分別控制原邊開(kāi)關(guān)管q1、副邊同步整流管q2與原邊開(kāi)關(guān)管vds采樣保持電路中輔助開(kāi)關(guān)管q3的通斷；

7).當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)在窄脈沖vgs3下降沿之后經(jīng)過(guò)設(shè)定的死區(qū)時(shí)長(zhǎng)td(保證原邊開(kāi)關(guān)管vds精確采樣，不受其開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)的影響)，pwm模塊輸出原邊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs1的上升沿，原邊開(kāi)關(guān)管q1的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)由ton1信號(hào)控制；當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs1下降沿之后經(jīng)過(guò)設(shè)定的死區(qū)時(shí)長(zhǎng)td(保證副邊側(cè)電路導(dǎo)通)，pwm模塊輸出副邊同步整流管驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs2的上升沿，副邊同步整流管q2的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)由當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完成增或減操作后的ton2信號(hào)控制；之后重復(fù)步驟1，進(jìn)行循環(huán)操作。

上述過(guò)程在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)ton2的增或減操作只進(jìn)行一次，當(dāng)經(jīng)過(guò)若干個(gè)開(kāi)關(guān)周期后，ton2信號(hào)將自適應(yīng)地達(dá)到當(dāng)前輸入條件下的最佳數(shù)值附近，此時(shí)變換器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作，采樣檢測(cè)到的vhold將在相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)“>0”或“<＝0”交替變化，ton2信號(hào)也將在相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交替進(jìn)行相應(yīng)的增或減操作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)：

可在變輸入電壓條件下自適應(yīng)地調(diào)整副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)crmfly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作；同時(shí)保證副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的最優(yōu)化，最大限度減小變換器的環(huán)流損耗，提高變換器的工作效率。

本發(fā)明適用于高頻、高效、高功率密度的crmfly-back變換器。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于srzvscrmfly-back變換器的控制流程圖。

圖2為本發(fā)明的基于srzvscrmfly-back變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明的調(diào)整副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的控制時(shí)序圖。

圖4為本發(fā)明電路原理圖。

圖5為本發(fā)明crmfly-back變換器在輸入電壓突然減小的情況下調(diào)節(jié)副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的動(dòng)態(tài)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例子中crmfly-back變換器在輸入電壓突然增加的情況下調(diào)節(jié)副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的動(dòng)態(tài)示意圖。

上述附圖中的主要符號(hào)名稱：vin—反激變換器輸入電壓；cin—輸入濾波電容；n—變壓器原副邊匝比；np—變壓器原邊匝數(shù)；ns—變壓器副邊匝數(shù)；na—輔助繞組匝數(shù)；lm—變壓器原邊激磁電感；q1—原邊開(kāi)關(guān)管；coss1—原邊開(kāi)關(guān)管的輸出結(jié)電容；bd1—原邊開(kāi)關(guān)管的寄生體二極管；vds—原邊開(kāi)關(guān)管的漏源極電壓；q2—副邊同步整流管；coss2—副邊同步整流管的輸出結(jié)電容；bd2—副邊同步整流管的寄生體二極管；vo—反激變換器輸出電壓；cout—輸出濾波電容；rl—變換器負(fù)載；r1—rcd吸收電路中的放電電阻；d1—rcd吸收電路中的充電二極管；c1—rcd吸收電路中的充放電電容；r2、r3、r4、r5—分壓電阻；q3—輔助開(kāi)關(guān)管；c2—vds采樣保持電容；vgs1—原邊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；vgs2—副邊同步整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；vgs3—輔助開(kāi)關(guān)管的窄脈沖信號(hào)；vhold—原邊開(kāi)關(guān)管vds采樣保持電路的采樣保持電壓；ton2—副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)；ton1—原邊開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)；vo—輸出電壓采樣值；vref—輸出電壓基準(zhǔn)電平；pi—比例積分調(diào)節(jié)器；zcd—電流過(guò)零檢測(cè)；vzcd—激磁電流zcd比較單元的門(mén)檻電壓；reset—原邊開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的觸發(fā)信號(hào)；pwm—脈沖寬度調(diào)制；adc1—第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；adc2—第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；τ—副邊同步整流管增加或減少的步進(jìn)時(shí)間；td是死區(qū)時(shí)間；tp是窄脈沖時(shí)長(zhǎng)。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例一：本發(fā)明的硬件電路設(shè)計(jì)及具體連接方式為：

如圖2所示，本發(fā)明基于sr的zvscrmfly-back變換器的控制裝置(采用模擬控制電路與數(shù)字控制器的組合方式，其中模擬控制電路包括：輸出電壓采樣電路、原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路與輔助繞組na采樣電路。

1.輸出電壓vo采樣電路的輸入端連接fly-back變換器輸出母線與輸出功率地，由對(duì)輸出功率地的r4和r5構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與光耦隔離器(用于實(shí)現(xiàn)原、副邊的信號(hào)隔離)依次連接構(gòu)成，其輸出端連接至數(shù)字控制器(本例選用ti公司的微控制器tms320f28027)的第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸出信號(hào)vo，送入原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元；

2.原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路的輸入端連接fly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管漏極與變換器輸入功率地，其輸出端連接至數(shù)字控制器的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，原邊開(kāi)關(guān)管vds經(jīng)r2和r3構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)算放大器1的同相端連接，運(yùn)算放大器1的反相端與其輸出端和q3的漏極連接，q3源極連接c2(c2另一端接地)與運(yùn)算放大器2的同相端，運(yùn)算放大器2的反相端連接其輸出端與數(shù)字控制器內(nèi)部的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換后生成信號(hào)vhold并送入副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元；

3.輔助繞組na的輸入端連接至變換器輸入功率地，輸出端(保持與變壓器原邊繞組np靠近主開(kāi)關(guān)管漏極的一側(cè)為同名端位置連接)連接數(shù)字控制器內(nèi)部的激磁電流zcd比較單元的反相輸入端，比較單元的同相輸入端連接設(shè)置的門(mén)檻電壓vzcd(本例中設(shè)定為vzcd＝0.6v)，比較單元出觸發(fā)信號(hào)reset送入pwm模塊電路；

4.數(shù)字控制器的pwm模塊的輸出端分別連接至原邊開(kāi)關(guān)管q1、副邊同步整流管q2與原邊開(kāi)關(guān)管vds檢測(cè)采樣保持電路中輔助開(kāi)關(guān)管q3的驅(qū)動(dòng)電路，輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)或窄脈沖以控制對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的通斷，其中，q1、q3的驅(qū)動(dòng)電路采用不隔離的驅(qū)動(dòng)芯片，q2的驅(qū)動(dòng)電路采用隔離驅(qū)動(dòng)芯片。

實(shí)施例二：本發(fā)明的具體控制方法

如圖1所示，本發(fā)明的具體控制過(guò)程如下：

首先初始化窄脈沖時(shí)長(zhǎng)tp，死區(qū)時(shí)長(zhǎng)td，副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)ton2，副邊同步整流管增或減的步進(jìn)時(shí)間τ，輸出電壓基準(zhǔn)電平vref，變壓器激磁電流過(guò)零檢測(cè)的門(mén)檻電壓vzcd各參數(shù)；

1).fly-back變換器的輸出電壓vo經(jīng)輸出電壓采樣電路采樣、隔離后進(jìn)入數(shù)字控制器，經(jīng)第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后生成信號(hào)vo送并入原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元；

2).原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元將信號(hào)vo與輸出電壓基準(zhǔn)電平vref作差后進(jìn)入pi調(diào)節(jié)器(pi調(diào)節(jié)器的計(jì)算過(guò)程與傳統(tǒng)crmfly-back變換器相同)，pi調(diào)節(jié)器輸出原邊開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)ton1送入pwm模塊；

3).輔助繞組na輸出信號(hào)送入激磁電流zcd比較單元的反相輸入端，與該單元的同相輸入端連接的門(mén)檻電壓vzcd比較后，輸出觸發(fā)信號(hào)reset送入pwm模塊；

4).當(dāng)激磁電流zcd比較單元產(chǎn)生reset信號(hào)時(shí)，pwm模塊產(chǎn)生與觸發(fā)信號(hào)reset上升沿相同步的窄脈沖vgs3(本例中vgs3窄脈沖時(shí)長(zhǎng)tp＝30ns)，窄脈沖vgs3隨即開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管q3，在窄脈沖vgs3期間，構(gòu)成同相跟隨器(同步跟隨原邊開(kāi)關(guān)管的vds的分壓電平，即r3/(r2+r3)倍的vds)的運(yùn)算放大器1對(duì)采樣保持電容c2完成充電，充電完成后c2上的電壓為原邊開(kāi)關(guān)管vds采樣值(等于r3/(r2+r3)倍的vds)并保持不變，該值經(jīng)運(yùn)算放大器2進(jìn)行同相跟隨后送入數(shù)字控制器，經(jīng)過(guò)第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后生成信號(hào)vhold，送入副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元；

5).副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算單元根據(jù)vhold對(duì)副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間ton2(本例中設(shè)定ton2的初值為0)進(jìn)行相應(yīng)增或減操作，當(dāng)檢測(cè)到vhold大于零時(shí)，在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)ton2進(jìn)行一次增操作(本例中增加量τ＝20ns)；當(dāng)檢測(cè)到vhold小于或者等于零時(shí)，在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)ton2進(jìn)行一次減操作(本例中減小量τ＝20ns)，完成本開(kāi)關(guān)周期內(nèi)增或減操作的ton2信號(hào)送入pwm模塊，用于控制當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的副邊同步整流管驅(qū)動(dòng)信號(hào)(即vgs2)的時(shí)長(zhǎng)；

6).pwm模塊產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs1、vgs2與窄脈沖vgs3分別控制原邊開(kāi)關(guān)管q1、副邊同步整流管q2與原邊開(kāi)關(guān)管vds采樣保持電路中輔助開(kāi)關(guān)管q3的通斷；

7).當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)在窄脈沖vgs3下降沿之后經(jīng)過(guò)設(shè)定的死區(qū)時(shí)間td(本例中死區(qū)時(shí)間設(shè)定為30ns)后(該死區(qū)設(shè)定的目的是保證vhold采樣不受原邊開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)的結(jié)電容瞬間放電的影響)，pwm模塊輸出原邊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs1的上升沿，原邊開(kāi)關(guān)管q1的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)由ton1信號(hào)控制；當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs1下降沿之后經(jīng)過(guò)設(shè)定的死區(qū)時(shí)間td(保證副邊側(cè)電路導(dǎo)通)，pwm模塊輸出副邊同步整流管驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs2的上升沿，副邊同步整流管q2的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)由當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完成增或減操作的ton2信號(hào)控制；之后重復(fù)執(zhí)行步驟1。

上述過(guò)程1)-7)在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)ton2的增或減操作只進(jìn)行一次，當(dāng)經(jīng)過(guò)若干個(gè)開(kāi)關(guān)周期后，ton2信號(hào)將自適應(yīng)地達(dá)到當(dāng)前輸入條件下的最佳數(shù)值附近，此時(shí)變換器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作，采樣檢測(cè)到的vhold將在相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)“大于零”或“小于等于”交替變化，ton2信號(hào)將在相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交替進(jìn)行相應(yīng)的增或減操作。圖3給出本發(fā)明的調(diào)整副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間的控制時(shí)序圖。

應(yīng)用實(shí)例一：

圖4為本發(fā)明基于實(shí)施例一和實(shí)施例二的基于sr的zvscrmfly-back變換器的控制裝置結(jié)構(gòu)與控制方法。

本例中fly-back變換器功率電路的設(shè)計(jì)參數(shù)為vin＝100vdc～370vdc，vo＝16v，n＝6:1，輔助繞組na與變壓器原邊繞組np的匝數(shù)比為30:1。因最小輸入電壓(100vdc)仍然高于96v(n×vo＝96v)，因此采用傳統(tǒng)srcrmfly-back變換器在給100vdc～370vdc范圍內(nèi)都將工作在谷底開(kāi)通狀態(tài)，因此不能實(shí)現(xiàn)zvs工作，造成較大的結(jié)容損耗，犧牲變換器的效率。

基于本發(fā)明的所提控制方法及其裝置，副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間可根據(jù)不同的輸入電壓條件自適應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)crmfly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管zvs工作；在實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管zvs工作的同時(shí)盡可能減小副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間，最大限度降低變換器的環(huán)流損耗，提高工作效率。如下給出簡(jiǎn)略分析：額外增加副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間可實(shí)現(xiàn)crmfly-back變換器原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作，所需的額外增加導(dǎo)通時(shí)間的最小值為：

其中，lm是fly-back變壓器原邊激磁電感，n是fly-back變壓器原副邊匝比，coss1是原邊開(kāi)關(guān)管輸出結(jié)電容容值，coss2是副邊同步整流管輸出結(jié)電容容值，vin是fly-back變換器輸入電壓。當(dāng)fly-back變換器參數(shù)(包括lm、n、coss1、coss1)給定時(shí)，不同輸入電壓條件下所需的最小額外導(dǎo)通時(shí)間需根據(jù)(1)式自適應(yīng)變化以實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作。

當(dāng)額外增加的導(dǎo)通時(shí)間低于(1)式計(jì)算結(jié)果時(shí)，原邊開(kāi)關(guān)管vds在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前仍高于零，則vhold將大于零，因此本發(fā)明相應(yīng)增加副邊同步整流管的額外導(dǎo)通時(shí)間，經(jīng)過(guò)若干開(kāi)關(guān)周期的調(diào)節(jié)后，副邊同步整流管的額外導(dǎo)通時(shí)間將增加超過(guò)(1)式給出的最小值，從而實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作。

當(dāng)副邊步整流管額外導(dǎo)通時(shí)間高于(1)式計(jì)算的最小值時(shí)，副邊同步整流管關(guān)斷時(shí)將存在較大的反向激磁電流，該反向激磁電流在原邊開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前流入輸入側(cè)的電源中，導(dǎo)致變換器輸入電流有效值增加，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)流損耗增加，包括額外的線路導(dǎo)通損耗、反激變壓器的磁滯損耗與反激變壓器的銅損等，本發(fā)明為此對(duì)副邊同步整流管的額外導(dǎo)通時(shí)間的上限范圍進(jìn)行限定。

當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)管vds在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通小于零時(shí)，說(shuō)明fly-back變換器已工作在原邊開(kāi)關(guān)管zvs狀態(tài)且副邊同步整流管的額外導(dǎo)通時(shí)間高于實(shí)際所需最小值，此時(shí)vhold將小于零，因此本發(fā)明相應(yīng)減小副邊同步整流管的額外導(dǎo)通時(shí)間，經(jīng)過(guò)若干開(kāi)關(guān)周期的調(diào)節(jié)后，副邊同步整流管的額外導(dǎo)通時(shí)間將減小至(1)式給出的最小值附近，從而減低副邊同步整流管額外導(dǎo)通時(shí)間過(guò)大引起的環(huán)流損耗。

測(cè)試?yán)唬?/p>

圖5為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例一中crmfly-back變換器在輸入電壓突然減小的情況下副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)示意圖。

t1時(shí)刻前變換器的輸出電壓為vin1且變換器處于穩(wěn)態(tài)工作，vhold在相鄰兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)大于零與小于等于零交替變化，因此副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間在相鄰兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交交替增加與減小，即圍繞vin1輸入條件下的最佳導(dǎo)通時(shí)間上下變化。

t1時(shí)刻，變換器的輸入電壓由vin1突降為vin2，副邊同步整流管的最佳導(dǎo)通時(shí)間應(yīng)該隨之減小從而減小變換器環(huán)流損耗、優(yōu)化變換器效率。

t1時(shí)刻之后，在輸入電壓突降之后的若干個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，由于副邊同步整流管實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間仍舊高于vin2輸入條件下的最佳導(dǎo)通時(shí)間，導(dǎo)致vhold在對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)始終小于等于零，因此副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間將在對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)減小，每次的減小量為τ。直至經(jīng)過(guò)若干開(kāi)關(guān)周期后副邊同步整流管的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間低于vin2輸入條件下的最佳導(dǎo)通時(shí)間，vhold將出現(xiàn)大于零的情況，此后變換器將在vin2輸入條件下穩(wěn)態(tài)工作，vhold將在之后的相鄰兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)大于零與小于等于零交替變化，副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間也將在之后相鄰的兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交替增加與減小。

可見(jiàn)，當(dāng)輸入電壓突然減小，副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間隨即進(jìn)行“自適應(yīng)”地減小，直至減小至最佳的導(dǎo)通時(shí)間附近。

測(cè)試?yán)?/p>

圖6為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例一中crmfly-back變換器在輸入電壓突然增加的情況下副邊同步整流管導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)示意圖。

t1時(shí)刻前變換器的輸出電壓為vin1且變換器處于穩(wěn)態(tài)工作，vhold在相鄰兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)大于零與小于等于零交替變化，因此副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間在相鄰兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交替增加與減小，即圍繞vin1輸入條件下的最佳導(dǎo)通時(shí)間上下變化。

t1時(shí)刻，變換器的輸入電壓由vin1突增為vin2，副邊同步整流管的最佳導(dǎo)通時(shí)間應(yīng)該隨之增加從而實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的zvs工作，減小結(jié)容損耗提高變換器效率。

t1時(shí)刻之后，在輸入電壓突增之后的若干個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，由于副邊同步整流管實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間仍舊低于vin2輸入條件下的最佳導(dǎo)通時(shí)間，導(dǎo)致vhold在對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)始終大于零，因此副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間將在對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)增加，每次的增加量為τ。直至經(jīng)過(guò)若干開(kāi)關(guān)周期后副邊同步整流管的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間高于vin2輸入條件下的最佳導(dǎo)通時(shí)間，vhold將出現(xiàn)小于等于零的情況，此后變換器將在vin2輸入條件下穩(wěn)態(tài)工作，vhold將在之后的相鄰兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)大于零與小于等于零交替變化，副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間也將在之后相鄰的兩開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交替增加與減小。

可見(jiàn)，當(dāng)輸入電壓突然增加，副邊同步整流管的導(dǎo)通時(shí)間隨即進(jìn)行“自適應(yīng)”地步進(jìn)增加，直至增加至最佳的導(dǎo)通時(shí)間附近。

參考文獻(xiàn)：

[1]m.zhang,m.jova.,andf.c.lee.designconsiderationsandperformanceevaluationsofsynchronousrectificationinfly-backconverters.ieeetrans.onpowerelectronics,1998,13(3):538-546.