一种负载调整率的控制方法及开环隔离变换器与流程

本发明涉及开关电源技术，特别涉及一种负载调整率的控制方法及开环隔离变换器。

背景技术：

1、在微功率的dc-dc隔离变换器应用领域中，一般指6w及以下功率级开关电源产品，常用推挽式、半桥式、全桥式等作为原边功率拓扑，搭配变压器结合副边整流电路即可形成一个简单的dc-dc开环电路，实现隔离和电压转换功能。

2、随着集成电路的不断发展，ic产品化趋势越来越突出，市面上已有不少集成推挽式、半桥式、全桥式拓扑及其控制部分的互补逆变ic，下称“变压器驱动芯片”，包含互补型推挽ic、互补型半桥ic、互补型全桥ic等，此“变压器驱动芯片”专为开环隔离变换器设计。

3、开环隔离变换器由于成本低，设计简单等特点，在输入电压比较稳定(电压变化范围±10％vin),对输出电压稳定度不要求那么高的场合广泛运用。

4、另一方面，开环隔离变换器的一个显著劣势为输出电压为非稳压，其输出电压会跟随负载变化而变化。衡量一款非稳压电源优劣的指标就是由负载引起的输出相对变化量，即负载调整率，即要求重载工况(负载功率1w以上)与轻载(负载功率0.5w以下)的输出电压差值小。

5、为了方便对本发明的理解，在背景技术中，先对非稳压电源的负载调整率l进行定义：

6、

7、vb1：标称输入电压，10％额定负载下测得的输出电压；

8、voutnom：标称输入电压，额定负载下测得的输出电压。

9、近年来，各行业可靠性标准越来越高，其中包含隔离电压关键指标，如igbt、医疗电源、汽车电源等行业，隔离电压均需达到3000vac/5000vdc及以上。隔离电压的影响因素包括变压器线材漆膜材质、原副边距离、变压器绕制方式等，在高隔离应用场景下需要增大原副边绕组的距离，但使得漏磁通变大，即变压器的漏感变大。为满足微功率高隔离应用，一种变压器的设计如图1所示，其特点为变压器变压器原副边分开绕组，可通过变压器原副边圈比实现电压转换，通过分开绕制，使得隔离电压达到3000vac/5000vdc及以上，且可将隔离电容降低至10pf以下，但却会带来如下问题：

10、1.效率变低；

11、2.负载调整率变差；

12、3.因为漏感降低原边归一化频率，从而电路工作在zcs区，电压增益受品质因数变化影响非常明显；

13、4.隔离变换器的开关管与漏感产生高频谐振，从而产生较大的负向电流，对开关管造成影响；

14、5.导致开关管产生较大的电压尖峰。

15、基于上述问题，具体如下举例说明：

16、如图2所示，一种应用于传统微功率高隔离非稳压应用电路，推挽ic1内部两个开关管mn1与mn2分别与一个带中心轴头的变压器t1原边绕组lp1与lp2相连，变压器t1副边绕组ls与整流电路db1及输出电容c2组成整流滤波电路，两个开关管mn1与mn2固定频率，交替导通，通过调节变压器圈比实现输入输出电压转换，变压器大漏感的情况下，会带来效率变低、负载调整率变差的情况。同时两个开关管mn1与mn2与漏感产生高频谐振，两个开关管mn1与mn2会流过一个较大的负向电流，同时两个开关管mn1与mn2会产生较大的电压尖峰。

17、因此，为了解决变压器大漏感应用场合下导致的传输效率低、负载调整率差，并为了消除负向电流与较大的电压尖峰影响，需要提出一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种负载调整率的控制方法及开环隔离变换器，在大漏感的情况下，充分利用漏感能量，可很好地消除负向电流与电压尖峰，改善传输效率与负载调整率。

2、基于此，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，提供一种负载调整率的控制方法，在互补驱动控制下的开环隔离变换器中，通过在变压器t1的单绕组回路中增设谐振电路，设计谐振电路的谐振电容即可使隔离变换器的谐振频率趋近于工作频率。

4、第二方面，提供一种负载调整率的控制方法，在互补驱动控制下、重载工况下的开环隔离变换器中，通过在变压器t1的单绕组回路中增设谐振电路，设计谐振电路的谐振电容即可使隔离变换器的谐振频率趋近于工作频率。

5、第三方面，提供一种负载调整率的控制方法，在互补驱动控制下的开环隔离变换器中，通过在变压器t1的单绕组回路中增设谐振电路，设计谐振电路的谐振电容即可使隔离变换器的谐振频率趋近于工作频率，其中，所述隔离变换器的隔离度在3000vac以上。

6、第四方面，提供一种开环隔离变换器，包括互补逆变电路、变压器t1、整流电路，还包括谐振电路，所述的谐振电路串联至变压器t1原边的绕组回路或副边的绕组回路之中,与所述谐振电路串联的绕组回路中的绕组为单绕组；

7、在互补驱动控制下的开环隔离变换器中，通过在变压器t1的单绕组回路中增设谐振电路，设计谐振电路的谐振电容即可使隔离变换器的谐振频率趋近于工作频率。

8、优选地，所述的互补逆变电路为推挽电路f1。

9、优选地，变压器t1的原边绕组lp为带中心轴头的双绕组，所述谐振电容与变压器t1的副边绕组ls串联。

10、优选地，所述的互补逆变电路为互补型桥式电路。

11、优选地，变压器t1的原边绕组lp为单绕组，所述谐振电容与变压器t1的原边绕组lp串联。

12、优选地，所述的整流电路为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路、桥式同步整流电路或倍压整流电路。

13、优选地，所述的谐振电路包括与变压器的漏感等效的谐振电感lr和谐振电容cr。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在开环隔离变换器中增加谐振电容引入谐振电路，利用漏感与谐振电容参与谐振，能有效解决漏感能量无法传递至副边的问题，进而在输出重载情况下输出电压维持较大值，负载调整率变优，且效率得到提高，对于隔离电压较高的产品很有优势；采用本发明的电路，可以使得互补逆变电路中的开关管实现零电压开通、零电流关断,在大漏感的情况下，充分利用漏感能量，消除负向电流与电压尖峰，改善传输效率。

15、本发明的工作原理简要分析如下：

16、互补逆变电路为电压方波发生器，在占空比d接近0.5驱动信号作用下，变压器原边绕组lp两端获得了固定工作频率fs、幅度接近输入电压uin、占空比接近0.5的方波电压。

17、变压器t1串联谐振电路，等效为llc电路，再通过整流电路db1将交流电压整流为稳定直流电压。

18、本发明的有益效果为：本发明在互补驱动控制下的开环隔离变换器中，通过在变压器的单绕组回路中增设谐振电路，设计谐振电路的谐振电容，使得隔离变换器的谐振频率趋近于工作频率，在大漏感的情况下，充分利用漏感能量，消除负向电流与电压尖峰，改善传输效率，尤其是改善负载调整率，解决了在输出重载情况下，传统电路会导致输出电压变低、负载调整率差及效率差的问题；使得互补逆变电路中的开关管实现零电压开通、零电流关断。