半桥控制电路、不对称半桥反激变换器、设备及方法与流程

本技术涉及电子电力，尤其涉及一种半桥控制电路、不对称半桥反激变换器、设备及方法。

背景技术：

1、不对称半桥反激变换器(asymmetric half bridge converter，ahb)在变压器的初级侧具有两个开关管，它们可以以半桥配置提供，并由针对两个开关管不同的脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)信号驱动。

2、目前常规的不对称半桥反激变换器的电路图如图1所示，第一开关管q1和第二开关管q2构成不对称半桥反激变换器的半桥电路，不对称半桥反激变换器还可以包括：初级控制器、隔离光耦、次级协议控制器以及次级同步整流管控制器等器件。其中，初级控制器用于驱动第一开关管q1和第二开关管q2分时段开通。次级协议控制器通过隔离光耦向初级控制器单向传输反馈信号(比如，变压器t的输出功率信息)，以便初级控制器根据输出功率信息控制第一开关管q1和第二开关管q2的开通时间。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。

3、目前，可以通过下述方案关断不对称半桥反激变换器中的第二开关管q2：

4、在不对称半桥反激变换器工作于临界连续(critical mode，crm)模式下，如图2和图3所示，初级控制器可以在励磁电流过零时刻基础上延长一段时间作为第二开关管q2的关断时刻，或者以在初级控制器内部设置固定的关断时间基础上延长一段时间作为第二开关管q2的关断时刻，以实现第一开关管q1的零电压开通。如图4所示，不对称半桥反激变换器工作于非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)模式下，初级控制器可以将变压器t励磁电流过零时刻作为第二开关管q2的关断时刻，或者初级控制器内部设置固定关断时间，初级控制器根据变压器t的辅助绕组检测到的不同输出电压，动态补偿上述固定关断时间。

5、但是，目前初级控制器通过辅助绕组zcd检测变压器t的励磁和去磁过程，基于变压器t的伏秒平衡，初级控制器内部计算得出变压器励磁电流过零时刻，但是由于采样误差，导致关断时刻难以准确计算；动态情况下，变压器t伏秒平衡不成立；且初级控制器内部的伏秒平衡电路复杂，增加了控制电路的复杂度。此外，初级控制器内部设置固定关断时间，对于不同功率段的应用很难准确匹配；并且宽范围输出电压下的动态补偿较难实现精确的补偿。

技术实现思路

1、本技术提供一种半桥控制电路、不对称半桥反激变换器、设备及方法，解决了现有技术中半桥电路中开关管的关断时刻难以确定的技术问题。

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半桥控制电路，用于驱动不对称半桥反激变换器中的半桥电路以及与不对称半桥反激变换器中变压器的次级绕组串联的同步整流管，半桥电路包括串联于输入电容与第一参考地之间的第一开关管和第二开关管。半桥控制电路包括：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，初级控制器单元用于驱动第一开关管和第二开关管在一个开关周期内分时段导通。次级控制器单元用于驱动同步整流管导通或关断；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：根据不对称半桥反激变换器所处的工作模式以及同步整流管的电流过零时刻，确定第二开关管的关断时刻，以及在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。

4、本技术实施例提供的半桥控制电路中由于次级控制器单元与初级控制器单元之间可以通过隔离通信单元进行通信，初级控制器单元可以基于同步整流管的电流过零时刻确定第二开关管的关断时刻，并在所确定的第二开关管的关断时刻利用隔离通信单元向初级控制器单元发送触发初级控制器单元关断第二开关管的第一关断信号，以使得初级控制器单元在第二开关管的关断时刻控制第二开关管关断。该方案相较于现有技术中实现第二开关管的关断时刻的确定比较简单且准确，易于实现。

5、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路包括：与初级控制器单元连接的初级第二驱动单元，该初级第二驱动单元还与第二开关管的第三端连接，初级控制器单元被配置为：接收到第一关断信号后根据第一关断信号生成用于驱动第二开关管关断的驱动信号，然后将驱动信号传输给初级第二驱动单元，以由初级第二驱动单元利用驱动信号驱动第二开关管关断。

6、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，次级控制器单元被配置为：将同步整流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。在同步整流管的电流过零时刻后将第二开关管延迟导通第一时长，这样便于变压器的励磁电感产生负电流，有利于在crm模式下实现下一开关周期内第一开关管的零电压开通，减小不对称半桥反激变换器的谐振腔循环电流损耗和开关损耗。

7、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dcm模式，次级控制器单元被配置为：将同步整流管的电流过零时刻作为第二开关管的关断时刻。

8、在本技术的一个可能的实现方式中，隔离通信单元包括但不限于电容隔离，磁隔离，光耦隔离等隔离方式。

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，次级控制器单元被配置为：若第一开关管开通之前，同步整流管的第一端的电压低于上一个开关周期内第一开关管开通时同步整流管的第一端的电压，则增大第一时长，直至第一开关管开通时，同步整流管的第一端的电压等于第一开关管开通时同步整流管的第一端的电压，第一时长不再增加。

11、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：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第一开关管开通之前以及第一开关管开通时，同步整流管的第一端的电压，并将采集到的同步整流管的第一端的电压传输给次级控制器单元，以便次级控制器单元根据次级第一采样单元采集到的同步整流管的第一端的电压确定第一开关管是否实现零电压开通，并根据第一开关管是否实现零电压开通确定是否增大第一时长。

12、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模式时，初级控制器单元还被配置为：自关断第二开关管起间隔第一死区间隔时间驱动第一开关管导通。这样便于实现第一开关管的zvs。

13、在本技术的一个可能的实现方式中，次级控制器单元还被配置为：发送第一关断信号的同时通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第一死区间隔时间，这样便于初级控制器单元确定自关断第二开关管起间隔第一死区间隔时间驱动第一开关管导通从而实现第一开关管的zvs。

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工作于crm模式时，在每一开关周期中，次级控制器单元还被配置为：自发送第一关断信号起间隔第一死区间隔时间通过隔离通信单元向初级控制器单元发送导通信号，该导通信号用于触发初级控制器单元导通第一开关管。

15、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：与同步整流管的第三端连接的次级第一驱动单元，且次级第一驱动单元还与次级控制器单元相连；次级控制器单元还被配置为：在第一开关管开通之前，通过次级第一驱动单元驱动同步整流管开通第二时长，在同步整流管开通第二时长后，次级控制器单元通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第一开通信号，第一开通信号用于触发第一开关管导通。初级控制器单元还被配置为：响应于第一开通信号在间隔第二间隔死驱时间后驱动第一开关管导通。该方案可以在导通第一开关管之前通过提前导通同步整流管，给励磁电感反向励磁实现以实现第一开关管的zvs。

16、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：与同步整流管的第三端连接的次级第一驱动单元，且次级第一驱动单元还与次级控制器单元相连；次级控制器单元还被配置为：在第一开关管开通之前，通过次级第一驱动单元驱动同步整流管开通第二时长，在同步整流管开通第二时长后且间隔第二间隔死驱时间通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第一开通信号，初级控制器单元还被配置为：响应于第一开通信号驱动第一开关管导通。

17、在本技术的一个可能的实现方式中，次级控制器单元还被配置为：在下一开关周期内第一开关管再次开通之前，通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第二开通信号，第二开通信号用于触发初级控制器单元控制第二开关管导通第二时长；初级控制器单元还被配置为：响应于第二开通信号控制第二开关管导通第二时长，以及在第二开关管导通第二时长后间隔第二间隔死驱时间后控制第一开关管导通。

18、在本技术的一个可能的实现方式中，第二时长由次级控制器单元通过次级第一采样单元采样的输入电压和变压器的输出电压信息计算得出。

19、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：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第一开关管开通之前以及第一开关管开通时，同步整流管的第一端的电压；次级控制器单元被配置为：若第一开关管即将开通时，同步整流管的第一端的电压低于上一个开关周期内第一开关管开通时所述同步整流管的第一端的电压，则增加第二时长，直至第一开关管开通时，同步整流管的第一端的电压等于第一开关管开通时同步整流管的第一端的电压，第二时长不再增加。

20、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，维持第二时长不变，上一开关周期内第一开关管未零电压开通，则增大第二时长。

21、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：初级采样单元，初级采样单元与初级控制器单元相连，用于采集一个开关周期内第一开关管开通时，不对称半桥反激变换器的谐振腔的电流信息，或者用于采集一个开关周期内第一开关管开通时谐振腔的电流信息以及第二开关管开通时谐振腔的电流信息。

22、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，第二开关管的第二端接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端接第一参考地，初级采样单元接采样电阻的第一端；初级采样单元被配置为采集一个开关周期内第一开关管导通时，谐振腔的电流信息。

23、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，第二开关管与由谐振电感、变压器的原边绕组和谐振电容构成的谐振腔并联；或，第一开关管与由谐振电感、变压器的原边绕组和谐振电容构成的谐振腔并联。

24、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，第二开关管的第二端与采样电阻的第一端共接第一参考地，第二开关管与由谐振电感、变压器的原边绕组和谐振电容构成的谐振腔并联，初级采样单元与第二开关管的第二端藕接，初级采样单元被配置为采集一个开关周期内第一开关管导通时，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。

25、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，第二开关管的第二端接第一参考地，第二开关管与由谐振电感、变压器的原边绕组和谐振电容构成的谐振腔并联，初级采样单元与谐振腔电流采样单元连接，且谐振腔电流采样单元连接于谐振电容和原边绕组之间。

26、在本技术的一个可能的实现方式中，同步整流管的第三端通过次级第一驱动单元接次级控制器单元，同步整流管的第一端与变压器的次级绕组的异名端连接，同步整流管的第二端接不对称半桥反激变换器的输出电容的第一端，输出电容的第二端接次级绕组的同名端；或者，同步整流管的第二端与变压器的次级绕组的同名端连接，同步整流管的第一端接不对称半桥反激变换器的输出电容的第二端，输出电容的第一端接次级绕组的异名端。

27、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，该方法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：半桥电路、变压器以及半桥控制电路，半桥电路包括串联于输入电容与第一参考地之间的第一开关管和第二开关管，半桥控制电路包括：初级控制器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，初级控制器单元用于驱动第一开关管和第二开关管，次级控制器单元用于驱动与变压器的次级绕组串联的同步整流管；在不对称半桥反激变换器的一个开关周期内，次级控制器单元根据不对称半桥反激变换器所处的工作模式以及同步整流管的电流过零时刻确定第二开关管的关断时刻；在第二开关管的关断时刻，次级控制器单元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。初级控制器单元响应于第一关断信号控制第二开关管关断。

28、在本技术的一个可能的实现方式中，本技术实施例提供的方法还包括：

29、在不对称半桥反激变换器工作于crm模式时，初级控制器单元自关断第二开关管起并间隔第一死区间隔时间控制第一开关管导通。

30、在本技术的一个可能的实现方式中，本技术实施例提供的方法还包括：初级控制器单元还通过隔离通信单元接收来自次级控制器单元的第一关断信号还包括：接收第一死区间隔时间。

31、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的一个开关周期内，次级控制器单元根据不对称半桥反激变换器所处的工作模式以及同步整流管的电流过零时刻确定第二开关管的关断时刻，包括：不对称半桥反激变换器工作于crm模式，次级控制器单元将同步整流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所述第一开关管是否实现零电压开通进行调整。

32、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的一个开关周期内，次级控制器单元根据不对称半桥反激变换器所处的工作模式以及同步整流管的电流过零时刻确定第二开关管的关断时刻，包括：不对称半桥反激变换器工作于dcm模式，次级控制器单元将同步整流管的电流过零时刻作为第二开关管的关断时刻。

33、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：与所述次级控制器单元相连的次级第一采样单元，所述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，所述同步整流管的第一端的电压；若所述第一开关管开通之前，所述同步整流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所述同步整流管的第一端的电压，则次级控制器单元增大所述第一时长，直至所述第一开关管开通时，所述同步整流管的第一端的电压等于第一开关管开通时所述同步整流管的第一端的电压，次级控制器单元维持第一时长不再增加。

34、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：与同步整流管的第三端连接的次级第一驱动单元，且次级第一驱动单元还与次级控制器单元相连；在下一开关周期内第一开关管开通之前，次级控制器单元还通过次级第一驱动单元驱动同步整流管开通第二时长，以及在同步整流管开通第二时长后，通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第一开通信号，第一开通信号用于触发第一开关管导通，响应于第一开通信号在间隔第二间隔死驱时间后初级控制器单元控制第一开关管导通。这样可以避免第一开关管和同步整流管同时导通。

35、在本技术的一个可能的实现方式中，本技术实施例提供的方法在第二开关管关断后，本技术实施例提供的方法还可以包括：在下一开关周期内第一开关管再次开通之前，次级控制器单元通过隔离通信单元向初级控制器单元发送第二开通信号，第二开通信号用于触发初级控制器单元控制第二开关管导通第二时长；响应于第二开通信号初级控制器单元控制第二开关管导通第二时长，以及在第二开关管导通第二时长后间隔第二间隔死驱时间后控制第一开关管导通。

36、在本技术的一个可能的实现方式中，第二时长由次级控制器单元通过次级第一采样单元采样的输入电压和变压器的输出电压信息计算得出。

37、在本技术的一个可能的实现方式中，半桥控制电路还包括：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第一开关管开通时，所述同步整流管的第一端的电压；本技术实施例提供的方法还可以包括：次级控制器单元被配置为：若第一开关管即将开通时，同步整流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所述同步整流管的第一端的电压，则增加第二时长，直至所述第一开关管开通时，所述同步整流管的第一端的电压等于所述第一开关管开通时所述同步整流管的第一端的电压，所述第二时长不再增加。

38、第三方面，本技术实施例提供一种芯片组，如第一方面或第一方面的各种可能的实现方式描述的半桥控制电路，或者如第二方面所描述的不对称半桥反激变换器。

39、作为一种示例，芯片组包括一个或者多个芯片。

40、不对称半桥反激变换器中的同步整流管、半桥电路和半桥控制电路分别可以以单独的芯片存在。

41、第四方面，本技术实施例提供一种不对称半桥反激变换器，包括：变压器，变压器包括原边绕组、辅助绕组以及次级绕组；同步整流管，与次级绕组串联；半桥电路，包括串联于输入电容与第一参考地之间的第一开关管和第二开关管；如第一方面或第一方面的各种可能的实现方式描述的半桥控制电路。

42、第五方面，本技术实施例提供一种电源设备，包括：如上述描述的不对称半桥反激变换器。

43、第六方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括如上面所述的电源设备。

44、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。