本發(fā)明涉及微電子，具體為一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制電路及方法。

背景技術(shù)：

1、單端反激功率變換拓?fù)渚哂芯€路結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)量少、技術(shù)成熟，在小功率電源（300w以內(nèi)）產(chǎn)品中應(yīng)用極多。近年來，基于電源小型化、高效率的目標(biāo)，電源開關(guān)頻率不斷提升，為了減小開關(guān)損耗，人們在單端反激功率拓?fù)涞幕A(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。在前級(jí)主功率管開通前，通過施加一個(gè)窄脈沖信號(hào)強(qiáng)制將主功率管漏源電壓拉高。在窄脈沖結(jié)束后，通過自然諧振使得前級(jí)主功率管產(chǎn)生反向電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主功率管的零電壓開通（zvs）。這種針對單端反激變換器的強(qiáng)制諧振軟開關(guān)功率變換技術(shù)通常包含兩種具體方案，分別為：通過變壓器輔助繞組實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制諧振軟開關(guān)以及通過同步整流側(cè)注入驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制諧振軟開關(guān)。

2、其中，在基于輔助繞組控制的強(qiáng)制諧振軟開關(guān)電路中，該方案包含輸入濾波電感電容l1、cin，功率變壓器t1，輸出整流二極管d2、輸出濾波電容co，前級(jí)功率開關(guān)mos管q1，變壓器t1輔助繞組（t1-5/t1-6），諧振電容c2，諧振開關(guān)mos管q2，原理如圖1所示。申請?zhí)枮?02210810563.1，名稱為強(qiáng)制諧振軟開關(guān)反激式功率變換器的控制電路及變換電路的發(fā)明專利中，公開的實(shí)施案例采用集成控制器實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)控制，如infineon公司的強(qiáng)制諧振反激控制器xdps21071，該器件為峰值電流控制模式，輸出兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)gd0和gd1，開關(guān)頻率140khz，600v高壓啟動(dòng)。具體線路原理如圖2所示，驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖3所示。其中g(shù)d0端輸出pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)占空比隨mfio端電壓環(huán)控制信號(hào)和cs電流環(huán)控制信號(hào)調(diào)整；gd1端輸出諧振電路驅(qū)動(dòng)窄脈沖信號(hào)，該信號(hào)寬度tgd1on、超前時(shí)間tzvsdead可根據(jù)變換器相應(yīng)參數(shù)設(shè)置。此案例在應(yīng)用中存在以下問題：需要通過變壓器輔助繞組、諧振電容、諧振開關(guān)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制軟開關(guān)。使得變壓器制造成本增加、控制線路復(fù)雜度增加，同時(shí)現(xiàn)有集成控制器（xdps21071）開關(guān)頻率只有140khz，無法滿足更高頻率的應(yīng)用。

3、其中，在基于同步整流控制的強(qiáng)制諧振軟開關(guān)電路中，電路包含輸入電容ci，變壓器t，功率管q1、q2，輸出濾波電容co。其中l(wèi)m是勵(lì)磁電感，lplk是變壓器繞組的漏感，q1是初級(jí)主功率管，coss1是主開關(guān)管q1的寄生電容，s1是驅(qū)動(dòng)主開關(guān)管q1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，q2是次級(jí)功率管，s2是驅(qū)動(dòng)次級(jí)開關(guān)管q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，coss2是次級(jí)開關(guān)管q2的寄生電容。原理如圖4所示，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波形如圖6所示。通過次級(jí)側(cè)同步整流管實(shí)施強(qiáng)制諧振的關(guān)鍵為：①強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)窄脈沖信號(hào)必須超前前級(jí)主功率管q1，并且留有死區(qū)時(shí)間。②單端反激變壓器必須工作于斷續(xù)模式（dcm）。③輸出同步整流控制必須支持變壓器dcm電流精準(zhǔn)關(guān)斷。但是，當(dāng)前的技術(shù)是無法滿足以上控制驅(qū)動(dòng)的技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制電路及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中如何基于同步整流控制實(shí)現(xiàn)反激變換器強(qiáng)制諧振軟開關(guān)的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制電路，包括單端反激變換器和強(qiáng)制諧振軟開關(guān)電路；

4、所述單端反激變換器包括供電電路和主功率變壓器；

5、所述強(qiáng)制諧振軟開關(guān)電路包括pwm控制器u1、前級(jí)信號(hào)變換單元u2、驅(qū)動(dòng)器u3、數(shù)字隔離器u4、后級(jí)信號(hào)變化單元u5以及后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6；

6、所述pwm控制器u1的輸出端連接前級(jí)信號(hào)變換單元u2的輸入端；所述前級(jí)信號(hào)變換單元u2的輸出端分支設(shè)置，其中一支路經(jīng)驅(qū)動(dòng)器u3連接至主功率變壓器的原邊繞組異名端的前級(jí)功率管q1處，另一支路依次經(jīng)數(shù)字隔離器u4、后級(jí)信號(hào)變化單元u5以及后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6連接至主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2處；

7、所述供電電路的輸出端分別連接pwm控制器u1、前級(jí)信號(hào)變換單元u2、驅(qū)動(dòng)器u3以及數(shù)字隔離器u4的電源輸入端。

8、優(yōu)選的，pwm控制器u1、前級(jí)信號(hào)變換單元u2、第一驅(qū)動(dòng)器u3以及數(shù)字隔離器u4均設(shè)有一端接地設(shè)置。

9、優(yōu)選的，pwm控制器u1的型號(hào)包括uc1843或lm5020。

10、優(yōu)選的，前級(jí)信號(hào)變換單元u2包括施密特反相器u2_1、施密特反相器u2_2、施密特反相器u2_3、高速與門u2_4、二極管d1、電阻r1、諧振電容c1、二極管d2、電阻r2以及諧振電容c2；

11、所述施密特反相器u2_1的輸入端均與二極管d1的陽極、電阻r1的一端、諧振電容c1的一端連接，施密特反相器u2_1的輸出端與施密特反相器u2_2的輸入端連接；

12、所述施密特反相器u2_3的輸入端均與二極管d2的陽極、電阻r2的一端、諧振電容c2的一端連接，施密特反相器u2_3的輸出端與高速與門u2_4的輸入端連接。

13、進(jìn)一步的，電阻r1和諧振電容c1以及電阻r2以及諧振電容c2分別構(gòu)成延時(shí)開通電路。

14、優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)器u3和后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6為單輸出驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器u3和后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6的型號(hào)包括但不限于mic4420。

15、優(yōu)選的，數(shù)字隔離器u4為雙向雙通道電容隔離型數(shù)字隔離器，數(shù)字隔離器u4的型號(hào)包括但不限于nsi8221n0。

16、優(yōu)選的，后級(jí)信號(hào)變化單元u5的一端還連接至主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2。

17、進(jìn)一步的，后級(jí)信號(hào)變化單元u5包括單端反激同步整流控制器u5_1和高速或門u5_2；

18、所述單端反激同步整流控制器u5_1的cs端連接主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2的漏極；單端反激同步整流控制器u5_1的dis端連接主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2的源極；所述單端反激同步整流控制器u5_1的drv端連接高速或門u5_2的輸入端；所述高速或門u5_2的另一輸入端連接數(shù)字隔離器u4的輸出端；所述高速或門u5_2的輸出端連接后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6。

19、第二方面，本發(fā)明還提供了一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制方法，基于上述所述的一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制電路，包括如下過程：

20、單端反激變換器的供電電路分別給pwm控制器u1、前級(jí)信號(hào)變換單元u2、驅(qū)動(dòng)器u3以及數(shù)字隔離器u4進(jìn)行供電；其中pwm控制器u1輸出的pwm信號(hào)給入前級(jí)信號(hào)變換單元u2，經(jīng)過前級(jí)信號(hào)變換單元u2變換后產(chǎn)生pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)out1和超前的窄脈沖信號(hào)out2；其中，pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)out1經(jīng)驅(qū)動(dòng)器u3控制主功率變壓器的原邊繞組異名端的前級(jí)功率管q1；超前的窄脈沖信號(hào)out2經(jīng)過數(shù)字隔離器u4輸入信號(hào)變換單元u5，同時(shí)信號(hào)變換單元u5將檢測的主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2的信號(hào)變換后所產(chǎn)生控制信號(hào)結(jié)合數(shù)字隔離器u4的輸入信號(hào)同步輸入至后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6，并通過后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6驅(qū)動(dòng)主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

22、本發(fā)明提供了一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制電路，通過引入強(qiáng)制諧振軟開關(guān)電路，本發(fā)明能夠有效降低開關(guān)過程中的損耗。在傳統(tǒng)的硬開關(guān)電路中，開關(guān)器件在開通和關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電壓和電流重疊，從而導(dǎo)致開關(guān)損耗。而強(qiáng)制諧振軟開關(guān)電路則利用諧振原理，使開關(guān)器件在零電壓或零電流條件下進(jìn)行切換，從而顯著減小開關(guān)損耗，提高整個(gè)反激變換器的能效。pwm控制器u1與前級(jí)信號(hào)變換單元u2的結(jié)合，使得控制信號(hào)能夠根據(jù)負(fù)載和輸入電壓的變化進(jìn)行精確調(diào)整。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整能力有助于維持輸出電壓的穩(wěn)定，增強(qiáng)電路的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。特別是在負(fù)載突變或輸入電壓波動(dòng)的情況下，這種控制電路能夠迅速響應(yīng)，保持輸出電壓的恒定。通過數(shù)字隔離器u4、后級(jí)信號(hào)變化單元u5以及后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6的連接，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2的精確控制。同步整流技術(shù)能夠進(jìn)一步提高變換器的效率，因?yàn)樗试S在次級(jí)側(cè)使用低導(dǎo)通電阻的mosfet作為整流器件，替代傳統(tǒng)的二極管。這樣，在整流過程中產(chǎn)生的電壓降和功耗都會(huì)大大降低。

23、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過將pwm控制器、信號(hào)變換單元、驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字隔離器和信號(hào)變化單元等組件有機(jī)結(jié)合，形成了一個(gè)高度集成的控制電路。這種集成化設(shè)計(jì)不僅減小了電路的體積和重量，還有助于提高電路的可靠性和可維護(hù)性。數(shù)字隔離器的使用還增強(qiáng)了電路之間的電氣隔離，提高了系統(tǒng)的安全性。

24、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過在初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)增加信號(hào)變換單元，配合常見的單輸出pwm控制器和單端反激同步整流控制器，不僅實(shí)現(xiàn)初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)時(shí)序生成，還可以實(shí)現(xiàn)初級(jí)側(cè)開關(guān)管的軟開關(guān)控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，無需變壓器輔助繞組、諧振開關(guān)和諧振電容，不受現(xiàn)有控制器開關(guān)頻率限制，應(yīng)用線路簡單、成本低廉。

25、本發(fā)明還提供了一種同步整流控制的反激變換器強(qiáng)制諧振軟控制方法，通過pwm控制器u1輸出精確的pwm信號(hào)，并經(jīng)過前級(jí)信號(hào)變換單元u2的變換，產(chǎn)生pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)out1和超前的窄脈沖信號(hào)out2。這種精確的信號(hào)控制能夠確保前級(jí)功率管q1和主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2在最佳時(shí)機(jī)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，從而降低開關(guān)損耗，提高能效。超前的窄脈沖信號(hào)out2的引入，使得主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2能夠在前級(jí)功率管q1動(dòng)作之前預(yù)先調(diào)整狀態(tài)，確保電流平滑過渡，進(jìn)一步減少能量損失。主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2的精確控制依賴于信號(hào)變換單元u5對次級(jí)繞組同名端信號(hào)的檢測與變換，以及數(shù)字隔離器u4的隔離傳輸。這種設(shè)計(jì)使得同步整流過程更加高效、可靠，顯著提高了整流效率。后級(jí)驅(qū)動(dòng)器u6根據(jù)主功率變壓器的次級(jí)繞組同名端的同步整流管q2的控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，確保其與主功率變壓器的次級(jí)繞組電流同步開關(guān)，有效減少了整流過程中的電壓降和功耗。