不对称半桥反激变换器、控制方法、及电源设备与流程

本技术涉及电子电力，尤其涉及一种不对称半桥反激变换器、控制方法、及电源设备。

背景技术：

1、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。

2、不对称半桥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。

3、如图1所示，图1为现有的不对称半桥反激变换器的控制图，图1中的第一开关管q1和第二开关管q2构成半桥电路，如图1所示，不对称半桥反激变换器除半桥电路外还可以包括：初级控制器、隔离光耦、次级协议控制器以及次级同步整流开关管控制器等器件。其中，初级控制器用于驱动半桥电路的第一开关管q1和第二开关管q2开通或关断。次级同步整流控制器通过检测与变压器t的次级绕组串联的同步整流管q3的信息控制同步整流管q3开通和关断。在同一开关周期内，第一开关管q1和第二开关管q2分时段导通以将输入电压vin自变压器的原边传递至副边。

4、图2和图3所示分别为不对称半桥反激变换器在不同输出电压下的工作波形，从图2和图3中可知，在一个开关周期内，第一开关管q1关断时，无论不对称半桥反激变换器输出低电压还是高电压，变压器t的励磁电感的峰值电流接近相同，但是在宽范围输出电压下，变压器励磁电流下降斜率差异显著；如图2所示，不对称半桥反激变换器在dcm模式低输出电压时，次级同步整流开关管q3电流过零后，此时变压器t的励磁电感电流远大于零，第二开关管q2为硬关断，谐振电容、变压器t的励磁电感lm和第二开关管q2的体二极管d2组成回路，励磁电感电流线性减小，第二开关管q2的体二极管d2损耗较大。如图3所示，不对称半桥反激变换器在dcm模式高输出电压时，次级同步整流开关管q3电流过零前，如果关断第二开关管q2，此时次级同步整流开关管q3为硬关断。

5、因此在宽范围输出电压下，如何实现不对称半桥反激变换器中第二开关管以及次级同步整流开关管的零电流关断是亟需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供不对称半桥反激变换器、控制方法、及开关电源，用以实现宽范围输出电压下，不对称半桥反激变换器中第二开关管以及次级同步整流开关管的零电流关断。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种不对称半桥反激变换器，不对称半桥反激变换器包括：包含有励磁电感、副边绕组和辅助绕组的变压器；半桥电路，半桥电路包括：串联于输入电压输入端与第一参考地之间的第一开关管和第二开关管；连接于变压器的副边绕组和不对称半桥反激变换器的输出端之间的次级同步整流开关管；以及分别与第一开关管、第二开关管、次级同步整流开关管连接的控制器，其中，控制器还与外围电阻相连，控制器被配置为：获取不对称半桥反激变换器的输出电压；根据不对称半桥反激变换器的输出电压，次级同步整流开关管从开始导通至自然关断的时间，以及配置外围电阻的阻值，调整励磁电感的峰值电流值，以使得次级同步整流开关管的电流过零时刻与励磁电感的电流过零时刻相同。在次级同步整流开关管的电流过零时刻控制次级同步整流开关管关断，以及在第二开关管的关断时刻控制第二开关管关断，第二开关管的关断时刻为电流过零时刻，或第二开关管的关断时刻晚于电流过零时刻。

4、本技术实施例提供的不对称半桥反激变换器中控制器通过检测不对称半桥反激变换器的输出电压和次级同步整流开关管的导通时间，精确设置合适的变压器t的励磁电感的峰值电流值，使得次级同步整流开关管的电流为零时，励磁电感的电流也为零，即本技术可以基于不对称半桥反激变换器的输出电压设置变压器t的励磁电感的峰值电流值，实现宽范围输出电压下次级同步整流开关管和励磁电感的电流过零时刻为同一时刻。之后，在次级同步整流开关管电流过零后关断次级同步整流开关管，同时在第二开关管的关断时刻关断第二开关管。由于本方案是在次级同步整流开关管的电流为零时控制次级同步整流开关管关断，且次级同步整流开关管的电流为零时励磁电感为零，因此在电流过零时刻或晚于电流过零时刻关断第二开关管，可以实现第二开关管为零电流关断，减小了不对称半桥反激变换器的开关损耗，提升系统效率。

5、在本技术的一个可能的实现方式中控制器具体被配置为：根据以下公式调整所述励磁电感的峰值电流值；

6、

7、其中，n为所述变压器的励磁电感的线圈数与所述副边绕组的线圈数的比值，lm为所述变压器的励磁电感的电感量，vo为所述不对称半桥反激变换器的输出电压，tsr为所述次级同步整流开关管从开始导通至自然关断的时间，vcspeak为所述励磁电感的峰值电流值，rcs为所述不对称半桥反激变换器的采样电阻的电阻值；其中n，lm，rcs通过配置所述外围电阻得到，所述采样电阻串联于所述第一参考地和所述第二开关管的第二端之间，或者，所述采样电阻串联于所述第二开关管的第二端和所述励磁电感的异名端之间。

8、在本技术的一个可能的实现方式中，不对称半桥反激变换器工作于crm模式，控制器被配置为：将次级同步整流开关管的电流过零时刻作为第二开关管的预关断时刻，并将预关断时刻延迟第一时长作为第二开关管的关断时刻，第一时长根据每个开关周期内第一开关管是否实现零电压开通进行调整；不对称半桥反激变换器工作于dcm模式，控制器被配置为：将次级同步整流开关管的电流过零时刻作为所述第二开关管以及所述次级同步整流开关管的关断时刻。

9、在本技术的一个可能的实现方式中，次级控制器单元被配置为：上一开关周期内第一开关管零电压开通，维持第一时长不变，上一开关周期内第一开关管未零电压开通，则增大第一时长。

10、在本技术的一个可能的实现方式中，控制器还包括：与次级控制器单元相连的次级第一采样单元，次级第一采样单元用于采集所述第一开关管开通之前以及所述第一开关管开通时，次级同步整流开关管的第一端的电压；次级控制器单元被配置为：若所述第一开关管开通之前，次级同步整流开关管的第一端的电压低于上一个开关周期内所述第一开关管开通时次级同步整流开关管的第一端的电压，则增大所述第一时长，直至所述第一开关管开通时，次级同步整流开关管的第一端的电压等于所述第一开关管开通时次级同步整流开关管的第一端的电压，所述第一时长不再增加。

11、在本技术的一个可能的实现方式中控制器包括：初级控制器单元、隔离通信单元以及次级控制器单元，初级控制器单元和次级控制器单元通过隔离通信单元通信，所述初级控制器单元用于控制第一开关管和第二开关管在同一个开关周期内分时段导通，次级控制器单元用于控制次级同步整流开关管导通或关断；在不对称半桥反激变换器的一个开关周期内，次级控制器单元被配置为：在次级同步整流开关管的电流过零时刻控制次级同步整流开关管关断，以及在第二开关管的关断时刻通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第一关断信号，第一关断信号用于触发初级控制器单元关断第二开关管。初级控制器单元被配置为：响应于第一关断信号控制第二开关管关断。

12、在本技术的一个可能的实现方式中在不对称半桥反激变换器工作于crm模式下，初级控制器单元还被配置为：在一个开关周期内自关断第二开关管起间隔第二间隔死区时间控制下一开关周期内第一开关管开通。

13、在本技术的一个可能的实现方式中，在不对称半桥反激变换器工作于dcm模式下，在下一个开关周期内第一开关管开通之前，次级控制器单元还被配置为：控制次级同步整流开关管开通第二时长以及在次级同步整流开关管开通第二时长时，通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第一控制信号，第一控制信号用于触发初级控制器单元开通第一开关管；初级控制器单元还被配置为：自接收到第一控制信号起间隔第二间隔死区时间控制下一开关周期内第一开关管开通。

14、在本技术的一个可能的实现方式中，不对称半桥反激变换器还包括：初级采样单元，初级采样单元与控制器的初级控制器单元相连，用于采集一个开关周期内所述第一开关管开通时，所述不对称半桥反激变换器的谐振腔的电流信息，或者用于采集一个所述开关周期内所述第一开关管开通时所述谐振腔的电流信息以及所述第二开关管开通时所述谐振腔的电流信息。

15、在本技术的一个可能的实现方式中，不对称半桥反激变换器还包括：采样电阻，所述第二开关管的第二端接所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端接所述第一参考地，所述初级采样单元接所述采样电阻的第一端；初级采样单元被配置为采集一个开关周期内所述第一开关管导通时，所述谐振腔的电流信息。这样便于控制器根据采集到的谐振腔的电流信息对谐振腔进行过流保护。

16、在本技术的一个可能的实现方式中，不对称半桥反激变换器还包括：谐振电感以及谐振电容，第二开关管与由所述谐振电感、所述变压器的原边绕组和所述谐振电容构成的所述谐振腔并联；或，第一开关管与由所述谐振电感、所述变压器的原边绕组和所述谐振电容构成的谐振腔并联。

17、在本技术的一个可能的实现方式中，不对称半桥反激变换器还包括：采样电阻，谐振电感以及谐振电容，所述第二开关管的第二端与所述采样电阻的第一端共接所述第一参考地，所述第二开关管与由所述谐振电感、所述变压器的原边绕组和所述谐振电容构成的谐振腔并联，所述初级采样单元与所述第二开关管的第二端藕接，所述初级采样单元被配置为采集一个开关周期内所述第一开关管导通时，所述谐振腔的电流信息，以及第二开关管导通时，谐振腔的电流信息。这样便于控制器根据采集到的谐振腔的电流信息对谐振腔进行过流保护。

18、在本技术的一个可能的实现方式中，不对称半桥反激变换器还包括：谐振电感、谐振腔电流采样单元以及谐振电容，所述第二开关管的第二端接所述第一参考地，所述第二开关管与由所述谐振电感、所述变压器的励磁电感和所述谐振电容构成的谐振腔并联，所述初级采样单元与所述谐振腔电流采样单元连接，且所述谐振腔电流采样单元连接于所述谐振电容和所述励磁电感之间。

19、在本技术的一个可能的实现方式中，次级同步整流开关管的第三端通过次级第一驱动单元接所述控制器，所述次级同步整流开关管的第一端与所述变压器的副边绕组的异名端连接，所述次级同步整流开关管的第二端接所述不对称半桥反激变换器的输出电容的第一端，所述输出电容的第二端接所述副边绕组的同名端；或者，所述次级同步整流开关管的第二端与所述变压器的副边绕组的同名端连接，所述次级同步整流开关管的第一端接所述不对称半桥反激变换器的输出电容的第二端，所述输出电容的第一端接所述副边绕组的异名端。

20、第二方面，本技术实施例提供一种不对称半桥反激变换器的控制方法，不对称半桥反激变换器包括：包含有励磁电感、副边绕组和辅助绕组的变压器；半桥电路；以及控制器，所述半桥电路包括：串联于输入电压输入端与第一参考地之间的第一开关管和第二开关管；连接于所述变压器的副边绕组和所述不对称半桥反激变换器的输出端之间的次级同步整流开关管；以及分别与所述第一开关管、所述第二开关管、所述次级同步整流开关管连接的控制器，其中，所述控制器还与外围电阻相连，该方法包括：控制器获取所述不对称半桥反激变换器的输出电压；所述控制器根据所述不对称半桥反激变换器的输出电压，所述次级同步整流开关管从开始导通至自然关断导通时间，以及配置所述外围电阻的阻值，调整所述励磁电感的峰值电流值，以使得所述次级同步整流开关管电流过零时，所述励磁电感的电流为零；在所述次级同步整流开关管电流过零时刻控制所述次级同步整流开关管电流关断，以及在所述第二开关管的关断时刻控制所述第二开关管关断，所述第二开关管的关断时刻由所述次级同步整流开关管电流过零时刻确定。

21、第三方面，本技术实施例提供一种控制器，应用于不对称半桥反激变换器中，不对称半桥反激变换器包括：包含有励磁电感、副边绕组和辅助绕组的变压器；半桥电路，半桥电路包括：串联于输入电压输入端与第一参考地之间的第一开关管和第二开关管；连接于变压器的副边绕组和不对称半桥反激变换器的输出端之间的次级同步整流开关管；以及分别与第一开关管、第二开关管、次级同步整流开关管连接的控制器，其中，控制器还与外围电阻相连，控制器被配置为：获取不对称半桥反激变换器的输出电压；根据不对称半桥反激变换器的输出电压，次级同步整流开关管从开始导通至自然关断的时间，以及配置外围电阻的阻值，调整励磁电感的峰值电流值，以使得次级同步整流开关管的电流过零时刻与励磁电感的电流过零时刻相同。在次级同步整流开关管的电流过零时刻控制次级同步整流开关管关断，以及在第二开关管的关断时刻控制第二开关管关断，第二开关管的关断时刻为电流过零时刻，或第二开关管的关断时刻晚于电流过零时刻

22、第四方面，本技术实施例提供一种电源设备，该电源设备包括第一方面及第一方面的各种可能的实现方式所描述的不对称半桥反激变换器。

23、第五方面，本技术实施例提供一种电子设备，该电子设备包括第一方面及第一方面的各种可能的实现方式所描述的电源设备。

24、第六方面，本技术实施例提供一种芯片，包括如包括第一方面及第一方面的各种可能的实现方式所描述的不对称半桥反激变换器中的控制器，或者如第三方面所述的控制器。

25、在本技术的一个可能的实现方式中，电子设备为适配器或充电器。