一种零电压开关反激变换器电路和电源适配器的制作方法

1.本技术属于电源适配器技术领域，尤其涉及一种零电压开关反激变换器电路和电源适配器。


背景技术：

2.反激变换器一般包括原边绕组模块和副边绕组模块，当原边绕组模块的开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量；当原边绕组模块的开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时变压器中的能量向负载供电，同时对电容充电补充能量。
3.现有的零电压开关(zero voltage switch，zvs)反激变换器是一种在零电压状态下打开开关器件的升压
‑
降压变换器，如图1所示，一般包括原边绕组模块、副边绕组模块、供电绕组模块和附加绕组模块，通过将附加绕组模块内的mos管q2先开通一段时间产生负向励磁电流后，再打开原边绕组模块内的mos管q1，从而实现原边绕组模块内的mos管q1的零电压开通。
4.但是，现有的zvs反激变换器存在缺陷：因为附加绕组模块的存在，整体增加了zvs反激变换器变压器的成本和体积；同时，在现有zvs反激变换器的控制方法中，附加绕组模块内的mos管q2的导通时间固定，适应性较差，有可能无法实现zvs或者工作在深度zvs模式，系统效率低。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种零电压开关反激变换器电路，旨在解决传统zvs反激变换器成本较高、体积较大的问题。
6.为了实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供了一种零电压开关反激变换器电路，包括原边绕组模块、副边绕组模块和供电绕组模块，所述原边绕组模块分别与所述副边绕组模块和所述供电绕组模块耦合连接；所述原边绕组模块的输入端连接输入电压，所述副边绕组模块的输出端连接输出电压；
7.所述供电绕组模块用于通过内部设置的第二开关器件产生负向励磁电流，以使所述原边绕组模块内部的第一开关器件零电压开通。
8.在第一方面的一种可能的实施方式中，所述供电绕组模块包括供电绕组lv、第二开关器件q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第三电容c3，所述供电绕组lv的异名端并联第三电阻r3的一端和第二开关器件q2的源极，所述第二开关器件q2的漏极连接第三电容c3的一端作为电源vcc的正极，所述第三电阻r3的另一端连接第四电阻r4的一端，所述供电绕组lv的同名端、第四电阻r4的另一端和第三电容c3的另一端均接地。
9.在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述供电绕组模块包括供电绕组lv、第二开关器件q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第三电容c3，所述供电绕组lv的异名端并联第三电阻r3的一端和第三电容c3的一端作为电源vcc的正极，所述第三电阻r3的另一端连接第
四电阻r4的一端，所述供电绕组lv的同名端和第四电阻r4的另一端均连接第二开关器件q2的漏极，所述第二开关器件q2的源极和第三电容c3的另一端均接地。
10.在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第一开关器件和所述第二开关器件均为mos管。
11.第二方面，本技术实施例提供了一种电源适配器，包括所述的零电压开关反激变换器电路。
12.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的零电压开关反激变换器电路，通过在供电绕组上设置第二开关器件产生负向励磁电流，从而不需要额外增加附加绕组，减小了零电压开关反激变换器的成本和体积，提升系统效率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为传统零电压开关反激变换器电路的电路图；
15.图2为本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的结构示意图；
16.图3为本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的第一种实施例的电路图；
17.图4为本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的第二种实施例的电路图；
18.图5为本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的流程图；
19.图6为本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的第一种实施例的流程图；
20.图7是本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的第二种实施例的流程图；
21.图8是本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的波谷开通的信号波形图。
22.其中，图中各附图标记：
[0023]1‑
原边绕组模块，2
‑
副边绕组模块，3
‑
供电绕组模块。
具体实施方式
[0024]
为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0025]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0026]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、
“
水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0027]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0028]
图1示出了传统零电压开关反激变换器电路的电路图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，目前，传统的zvs反激变换器，一般是通过附加绕组模块来产生负向励磁电流，即先将附加绕组模块内的mos管q2导通一段时间产生负向励磁电流，然后再导通mos管q1实现zvs零电压开通，因为附加绕组模块的存在，导致传统的反激变换器成本和体积增加。
[0029]
为此，本技术提供一种零电压开关反激变换器电路，通过供电绕组模块内的第二开关器件直接产生负向励磁电流，然后再导通mos管q1实现zvs零电压开通，无需额外的附加绕组，减小了反激变换器的成本和体积。
[0030]
图2示出了本技术第一实施例提供的零电压开关反激变换器电路的结构示意图，包括原边绕组模块1、副边绕组模块2和供电绕组模块3，所述原边绕组模块1分别与所述副边绕组模块2和所述供电绕组模块3耦合连接；所述原边绕组模块1的输入端连接输入电压，所述副边绕组模块2的输出端连接输出电压；
[0031]
所述供电绕组模块3用于通过内部设置的第二开关器件产生负向励磁电流，以使所述原边绕组模块1内部的第一开关器件零电压开通。
[0032]
本技术实施例中，通过原边绕组模块1连接输入电压获取初始电源，通过副边绕组模块2输出经过变压器中原边绕组和副边绕组变压的电压，通过供电绕组对原边绕组模块1进行供电，通过供电绕组模块3内的第二开关器件产生负向励磁电流，从而使原边绕组模块1内的第一开关器件零电压开通，从而不需要额外增加附加绕组即可产生负向励磁电流，减小了反激变换器的成本和体积，提升系统效率。
[0033]
图3示出了本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的第一种实施例的电路图，其中，供电绕组模块3包括供电绕组lv、第二开关器件q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第三电容c3，所述供电绕组lv的异名端并联第三电阻r3的一端和第二开关器件q2的源极，所述第二开关器件q2的漏极连接第三电容c3的一端作为电源vcc的正极，所述第三电阻r3的另一端连接第四电阻r4的一端，所述供电绕组lv的同名端、第四电阻r4的另一端和第三电容c3的另一端均接地。其中，第一mos管q1即为第一开关器件。
[0034]
本技术实施例中，通过第三电容c3连接电源vcc两端，用于存储电量以及为整个供电绕组模块3提供电量，通过第二开关器件q2接收电源控制芯片的pwm_q2信号并产生负向励磁电流i_q2，从而使第一mos管q1零电压开通，通过在第三电阻r3和第四电阻r4之间连接分压信号fb；同时，因为本技术实施例将第二开关器件q2连接在vcc电源的正极处，所以使电源控制芯片的分压信号fb不会受影响，但是由于第一mos管q1和第二开关器件q2的驱动不共地，所以需要第一mos管q1和第二开关器件q2的驱动需要额外做共地处理。
[0035]
图4示出了本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的第二种实施例的电
路图，其中，供电绕组模块3包括供电绕组lv、第二开关器件q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第三电容c3，所述供电绕组lv的异名端并联第三电阻r3的一端和第三电容c3的一端作为电源vcc的正极，所述第三电阻r3的另一端连接第四电阻r4的一端，所述供电绕组lv的同名端和第四电阻r4的另一端均连接第二开关器件q2的漏极，所述第二开关器件q2的源极和第三电容c3的另一端均接地。
[0036]
本技术实施例中，通过第三电容c3连接电源vcc两端，用于存储电量以及为整个供电绕组模块3提供电量，通过第二开关器件q2接收电源控制芯片的pwm_q2信号并产生负向励磁电流i_q2，从而使第一mos管q1零电压开通，通过在第三电阻r3和第四电阻r4之间连接分压信号fb；同时，因为本技术实施例将第二开关器件q2连接在vcc电源的负极处，所以第一mos管q1和第二开关器件q2的驱动共地，无需另作处理，但是电源控制芯片的分压信号fb会由于电路中连接有第二开关器件q2而受轻微影响。同时，在去磁结束进行波谷检测时，电源控制芯片的分压信号fb对gnd的电压始终大于零，且当第一mos管q1处于波谷时，分压信号fb对gnd的电压处于波峰，两者波形相反。
[0037]
所述第一开关器件和所述第二开关器件均为mos管。
[0038]
本技术实施例中，采用第二开关器件替代供电绕组模块3中原有的二极管，其中第二开关器件不限于mos管，也可以才采用其他开关器件，只要能产生负向励磁电流即可。
[0039]
图5示出了本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的流程图，包括如下步骤：
[0040]
s100、获取第一开关器件的零电压开通时间或电压大小；
[0041]
s200、根据所述第一开关器件的零电压开通时间或电压大小调整第二开关器件的导通时间。
[0042]
本技术实施例中，需要控制第二开关器件的导通时间，第二mos管(第二开关器件)q2导通时间越长，励磁电流负向电流越大，则越可能发生深度zvs，导致系统损耗较大；第二mos管(第二开关器件)q2导通时间越小，励磁电流负向电流越小，则可能无法实现zvs，所以需要得到一个合适的第二mos管(第二开关器件)q2导通时间，从而达到用最小的损耗去实现zvs。
[0043]
图6示出了本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的第一种实施例的流程图，所述根据所述第一开关器件的零电压开通时间调整第二开关器件的导通时间，包括：
[0044]
若所述第一开关器件不是零电压开通，则加大所述第二开关器件的导通时间；
[0045]
若所述第一开关器件的零电压开通时长不小于第一预设时间，则减小所述第二开关器件的导通时间。
[0046]
本技术实施例中，包括如下步骤：
[0047]
s201、判断所述第一开关器件是否零电压开通，若否，则判定第二开关器件的导通时间过小，进而加大所述第二开关器件的导通时间，反之，则进行下一步；
[0048]
s202、判断所述第一开关器件的零电压开通时长是否小于第一预设时间(例如可设置为80ns)，若否，则判定所述第二开关器件的导通时间过长，进而减小所述第二开关器件的导通时间，反之，则表示第二开关器件的导通时间合适，无需再做处理。一般预先设定第二开关器件的一个初始导通时间，例如100ns。
[0049]
图7示出了本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的第二种实施例的流程图，所述根据所述第一开关器件的电压大小调整第二开关器件的导通时间，包括：
[0050]
若所述第一开关器件的开通电压不小于第一预设电压，则加大所述第二开关器件的导通时间；
[0051]
若所述第一开关器件的开通电压为0v，则减小所述第二开关器件的导通时间。
[0052]
本技术实施例中，包括如下步骤：
[0053]
s201、判断所述第一开关器件的开通电压是否小于第一预设电压(例如可设置为0
‑
10v之间的任一数值)，若否，则判定所述第二开关器件的导通时间过小，进而加大所述第二开关器件的导通时间，反之，则进行下一步；
[0054]
s202、判断所述第一开关器件的开通电压是否为0v，若是，则判定所述第二开关器件的导通时间过长，进而减小所述第二开关器件的导通时间，防止是深度zvs，反之，则表示第二开关器件的导通时间合适，无需再做处理。一般预先设定第二开关器件的一个初始导通时间，例如100ns。
[0055]
图8示出了本技术实施例提供的零电压开关反激变换器电路的控制方法的波谷开通的信号波形图，所述第二开关器件的波谷导通时间点为所述第一开关器件的漏端电压波峰处。
[0056]
本技术实施例中，第二mos管(第二开关器件)q2的vds处于波谷时，第一mos管(第一开关器件)q1的漏端电压vds恰好处于波峰，所以在第一mos管(第一开关器件)q1的vds处于第一个波峰时开通第二mos管(第二开关器件)q2，即可实第二mos管(第二开关器件)现q2的波谷开通，使系统损耗最低，此时系统将工作在临界连续导通模式(continuous conduction mode，ccm)下。即在第一mos管导通之前，第一mos管(第一开关器件)q1的漏端电压vds已经为零，从而实现第一mos管(第一开关器件)q1的zvs零电压开通。
[0057]
同时，根据负载情况，也可以在第一mos管(第一开关器件)q1的漏端电压vds处于第二个、第三个或更后面的波峰处时开通第二mos管(第二开关器件)q2，此时系统将工作在深度非连续导通模式(discontinunous conduction mode，dcm)下。
[0058]
所述获取第一开关器件的零电压开通时间或电压大小之前，还包括：
[0059]
根据原边绕组模块的励磁感量和功率管的等效输出电容确定第一开关器件的死区时间。
[0060]
本技术实施例中，首先需要给第一开关器件设置一个合适的死区时间，死区时间越长，实现zvs所需励磁电流的负向电流越大，根据分析可知，最佳死区时间应设置在四分之一的谐振周期。
[0061]
其中，第一开关器件的死区时间t_d采用如下公式计算：
[0062][0063]
其中，t为谐振周期，l
m
为原边绕组模块的励磁感量，c
eq
为原边绕组模块功率管的等效输出电容。
[0064]
本技术实施例中，可将本技术的零电压开关反激变换器电路应用在电源适配器，以已达到zvs反激变换器的目的。
[0065]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0066]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0067]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0068]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0069]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的零电压开关反激变换器电路和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的零电压开关反激变换器电路实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0070]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0071]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0072]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。