钳位不对称半桥反激变换器的突发功率控制方法及电路与流程

1.本发明涉及变换器控制技术领域，特别涉及一种钳位不对称半桥反激变换器的突发功率控制方法及电路。


背景技术：

2.不对称半桥反激变换器因其拓扑具备软开关特点，成为目前开关电源高效率应用场合的一个研究热点。当不对称半桥反激变换器满载及较重负载主开关恰好实现零电压开通时，可认为其功率级参数设计较优，不对称半桥反激变换器在满载及较重负载时通常具备较高的转换效率，但是励磁电感电流的负向峰值会随着负载的减小而增大，超出变换器主开关实现零电压开通的需求，产生无效的损耗，从而降低效率，使得变换器轻负载效率低和空载功耗较大。
3.为了解决不对称半桥变换器轻负载效率低和空载功耗较大的问题，申请号为201911352361.1，名称为开关电源装置的中国专利提出了一种钳位不对称半桥反激变换器，如图1所示，其通过增加一个与变压器原边并联的单向钳位模块(由开关管s3和二极管d3组成)并采用图2所示的模式处理曲线，控制器根据不同的负载电流控制变换器工作于不对称半桥反激模式(ahbf mode)或钳位不对称半桥反激模式(cahbf mode)，既能保证重载或满载时效率最优，又能在轻载时实现对励磁电感电流负向峰值的有效控制，大幅提高变换器轻载效率、降低空载损耗，使得在全负载范围内变换器系统效率较优。
4.对于采用峰值电流控制的光耦隔离拓扑，现有技术中通常采用检测光耦接收端的vfb电压来实现负载判断。但对于钳位不对称半桥反激拓扑，由于钳位和输入电压引入的非线性，会使得vfb电压呈现非线性，因此在模式处理不能直接使用vfb电压来进行判断。根据钳位不对称半桥反激变换器的拓扑特性，可以在变换器的原边侧实现输出负载电流的检测。原边负载检测的负载检测方式，可以将负载判断的检测逻辑与vfb电压的检测进行解耦，从而实现灵活的功率级参数设计，输入电压、钳位深度、mos特性差异等无需考虑。
5.在实际应用过程中，存在负载在短时间内过载，但又从过载中快速退出恢复至正常载甚至轻载的情况，例如电机启动等感性负载启动时，启动过程中需求的电流是正常运行工作时的几倍。此时要求电源模块具有突发功率功能，不能因为负载的短时过载而进入保护状态。
6.然而，钳位不对称半桥反激变换器，在重载工作时需要工作在ahbf mode模式，而在轻载时工作于cahbf mode模式，若处于突发功率模式时，模式处理如何完成，突发功率的冷却期间如何实现功率限制；再者，仅仅依靠恢复系统峰值电流限制最大值和开关频率，无法实现准确的功率限制，如何在原边电路实现比较精确的功率限制，冷却期间如何实现精确的功率限制管理，这都是具备突发功率功能的钳位不对称半桥反激变换器必须要考虑的问题。
7.传统的突发功率模式控制的方式一般为：提升开关频率，同时提升变换器的峰值电流限制最大值，从而允许变换器在此时间内释放出更多的功率。而在冷却期间，传统的冷
却控制方式是将变换器的开关频率和峰值电流限制最大值vcs_max恢复至正常工况时的状态，如果此时持续存在过功率，则变换器的输出电压vo掉电，当负载足够重时将触发设置的短路保护。
8.但上述传统的突发功率控制和冷却的功率限制管理应用于钳位不对称半桥反激变换器将存在两方面的问题：1、由于钳位深度、mosfet的特性、输入电压等因素会造成vfb电压的非线性，依靠vfb的检测无法在各种工况下实现比较精确的输出功率检测，“提升开关频率 提升峰值电流限制值”的控制中峰值电流限制值与突发功率期间允许释放的功率值之间为非线性关系，这将无法实现精确的功率管理。如图3所示，vfb在实际样机中表现为非线性。2、针对钳位不对称半桥反激变换器，上述冷却期间的控制方式难以实现不同输入电压、钳位深度、mos管、功率参数等情况下精确的功率限制，在某些情况下会出现输出电压vo掉落，但不会触发短路保护的问题，样机持续运行，这不利于变换器的可靠性。


技术实现要素：

9.本发明旨在克服上述现有技术中至少一种缺陷，提出了一种不对称半桥反激变换器的突发功率控制方法及电路，依靠原边负载检测，排除非线性因素的影响，在突发功率工况下可精确地提高开关频率及峰值电流限制最大值，冷却时，根据实时计算的输出负载值与设定允许的最大输出负载值进行比较，可实现限功率冷却。
10.本发明采用的技术方案为：
11.一方面，提供一种不对称半桥反激变换器的突发功率控制方法，包括：
12.实时检测钳位不对称半桥反激变换器的负载的负载值；
13.判断所述负载值是否满足进入突发功率模式的条件；
14.若是，则进入突发功率模式，进入突发功率模式时根据所述负载值提高所述变换器的开关频率及峰值电流限制最大值，以提高所述变换器的在所述突发功率模式下的输出功率；
15.判断当前所述负载值和所述突发功率模式的运行时间是否满足结束突发功率模式条件，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式，进入冷却模式时实时将所述负载值与预设的最大输出负载值进行比较，若所述负载值大于预设的最大输出负载值，则根据所述负载值及最大输出负载值降低所述变压器的输出电压，以限制所述变换器的最大输出功率。
16.优选地，所述方法还包括：
17.采集所述变换器的输出电压；
18.根据所述输出电压生成控制信号，并根据所述控制信号对所述变换器的主开关管进行闭环控制以使输出电压稳定。
19.优选地，根据所述控制信号对所述变换器的主开关管进行闭环控制以使输出电压稳定，具体包括：
20.根据所述控制信号控制输送至所述变换器的主开关管的驱动脉冲的脉宽，以控制所述变换器的输出电压，使输出电压稳定。
21.优选地，判断当前所述负载值和所述突发功率模式的运行时间是否满足结束突发功率模式条件，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式，具体包括：
22.判断当前所述负载值是否低于预设的第一阈值；
23.若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式；
24.若否，则判断所述突发功率模式的运行时间是否大于预设的可运行时间，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式。
25.优选地，判断所述负载值是否满足进入突发功率模式的条件，具体包括：
26.判断所述负载值是否大于预设的第二阈值；
27.若是，则判定为满足进入突发功率模式的条件；
28.若否，则判定为未满足进入突发功率模式的条件；
29.所述第二阈值小于所述第一阈值。
30.优选地，所述负载值为负载电流值，所述预设的最大输出负载值为最大输出负载电流值；实时将所述负载值与预设的最大输出负载值进行比较，若所述负载值大于预设的最大输出负载值，则根据所述负载值及最大输出负载值控制所述变换器的输出电压，以限制所述变换器的最大输出功率，具体包括：
31.实时将所述负载电流值与预设的最大输出负载电流值进行比较，若所述负载电流值大于预设的最大输出负载电流值，则根据所述负载电流值及最大输出负载电流值控制所述变换器的输出电压，以控制所述变换器的输出电压从而限制所述变换器的最大输出功率，其中，负载电流值与所述输出电压呈反比。
32.优选地，实时检测钳位不对称半桥反激变换器的负载的负载值，具体包括：
33.实时检测所述变换器的主开关管导通期间的励磁电感电流值；
34.捕捉变换器的励磁电感电流的负峰值产生时刻并输出负峰值触发信号和捕捉所述励磁电感电流的正峰值产生时刻并输出正峰值触发信号；
35.对所述的励磁电感电流进行采样，并根据采样的励磁电感电流、所述负峰值触发信号和正峰值触发信号提取出励磁电感电流的负峰值和正峰值；
36.根据励磁电感电流的负峰值、正峰值、所述变换器的主开关管和辅开关管导通时间或所述变换器的主开关管和辅开关管占空比得到所述负载值。
37.第二方面，提供一种钳位不对称半桥反激变换器的突发功率控制电路，包括：
38.检测模块，用于实时检测钳位不对称半桥反激变换器的负载的负载值；
39.pwm发生及模式处理模块，用于判断所述负载值是否满足进入突发功率模式的条件；
40.当判定满足进去突发功率模式的条件时，所述pwm发生及模式处理模块还用于进入突发功率模式，进入突发功率模式时根据所述负载值提高所述变换器的开关频率及峰值电流限制最大值，以提高所述变换器的在所述突发功率模式下的输出功率；
41.所述pwm发生及模式处理模块还用于判断当前所述负载值和所述突发功率模式的运行时间是否满足结束突发功率模式条件，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式，进入冷却模式时实时将所述负载值与预设的最大输出负载值进行比较，若所述负载值大于预设的最大输出负载值，则根据所述负载值及最大输出负载值控制所述变压器的输出电压，以限制所述变换器的最大输出功率。
42.优选地，还包括输出电压隔离采样模块，用于采集所述变换器的输出电压；
43.所述pwm发生及模式处理模块还用于根据所述输出电压生成控制信号，并根据所
述控制信号对所述变换器的主开关管进行闭环控制以使输出电压稳定。
44.优选地，所述检测模块包括：
45.电流检测模块，用于检测所述变换器的主开关管导通期间的励磁电感电流；
46.峰值产生时刻捕捉模块，用于捕捉变换器的励磁电感电流的负峰值产生时刻并输出负峰值触发信号和用于捕捉所述励磁电感电流的正峰值产生时刻并输出正峰值触发信号；
47.采样保持模块，用于对所述的励磁电感电流进行采样，并根据采样的励磁电感电流、所述负峰值触发信号和正峰值触发信号提取出励磁电感电流的负峰值和正峰值；
48.负载及频率计算模块，用于根据励磁电感电流的负峰值、正峰值、所述变换器的主开关管和辅开关管导通时间或所述变换器的主开关管和辅开关管占空比得到所述负载值。
49.与现有技术相比，本方案的有益效果为：
50.1.通过在原边检测负载值，从而排除了输入电压、钳位深度等非线性因素的影响，实现精确的提升开关频率提升峰值电流限制值，适用性广，相同策略可以适用于不同的系统，而无需为不同的系统设计相对应的控制器及补偿策略，简化控制器的设计，降低成本；精确限制最大突发功率而不用检测副边电流，无需增加外围器件可实现副边电流检测，提高样机可靠性；
51.2.依靠原边负载检测，将突发功率的触发条件从vfb电压检测脱离，因为cahbf的vfb电压存在较大的离散性，因此，在触发条件上与vfb电压解耦可以提高触发的精度；
52.3.突发功率冷却时，根据实时计算的输出负载值与设定允许的最大输出负载值进行比较，可实现限功率冷却，这样可以在恢复峰值电流vcs和开关频率时，不用针对峰值电流vcs的恢复值在不同系统参数下还需要针对性的进行补偿值设计。
附图说明
53.图1为现有技术不对称半桥反激变换器及控制器电路框图；
54.图2为现有技术不对称半桥反激变换器及控制器模式处理示意图；
55.图3为现有技术钳位不对称半桥反激变换器实测的反馈电压fb与输入电压、输出负载的关系图；
56.图4为本发明钳位不对称半桥反激变换器的控制电路框图；
57.图5为本发明钳位不对称半桥反激变换器突发功率模式的进入及退出的工作过程及典型波形图；
58.图6为本发明钳位不对称半桥反激变换器在冷却模式的进行输出功率限制的控制电路图；
59.图7为本发明技术钳位不对称半桥反激变换器突发功率模式的典型波形图；
60.图8为本发明钳位不对称半桥反激变换器的控制电路每个工作周期的工作波形图。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细说明，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某
些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。为了更好的理解本发明的设计，现结合附图对本发明的具体实施例进行详细的说明。
62.钳位不对称半桥反激模式：在一个开关循环周期中，主开关管、辅开关管和钳位开关管交替导通或者关断，具体地，每个循环周期包含五个阶段：励磁阶段、辅开关零电压开通阶段、去磁阶段、电流钳位阶段和主开关零电压开通阶段；在励磁阶段和辅开关零电压开通阶段，钳位开关管关断；在去磁阶段，辅开关管导通，钳位开关管导通或者关断均可，钳位开关管没有电流流过；至此阶段结束时刻，励磁电感电流达到设定值，辅开关管关断，钳位开关管处于导通状态，钳位电流流过钳位开关管；在电流钳位阶段，钳位开关管导通，钳位电流流过钳位开关管，钳位开关保持钳位电流基本不变，至此阶段结束时刻，钳位开关管关断；在主开关零电压开通阶段，钳位开关管已被关断，钳位电流被释放，使主开关管电压降低至零或接近零，此时控制主开关管导通，实现主开关管零电压开通，英文简称为cahbf mode。
63.不对称半桥反激模式：在一个开关循环周期中，主开关管与辅开关管互补导通，控制器控制单向钳位模块始终处于关断状态，英文简称为ahbf mode。
64.突发功率模式：当外界负载需求仅仅在一个较短的时间内增大较多，需要变换器的在此时间内允许输出产生更多的功率，此时变换器的开关频率提升，且提高变换器正常工作时的峰值电流限制的最大值，从而实现变换器在此短时间内过功率输出而输出电压维持稳定的工作模式。
65.冷却模式：在突发功率模式结束后(即允许突发功率的最长持续时间到)，变换器为了防止长期过功率输出而过热，必须进入冷却状态，在此期间内变换器的开关频率恢复非突发功率期间的开关频率，同时降低变换器的峰值电流限制的最大值，实现变换器在冷却期间的功率限制的工作模式。
66.原边负载检测：由于钳位不对称半桥反激变换器原边励磁电感电流与输出负载存在如下所示的等量关系：
[0067][0068]
式中，io为变换器负载，i1励磁电感电流正峰值，i2励磁电感电流负峰值、d1为主开关管s1的占空比、d2为辅开关s2的占空比、变压器的原副边匝比n。
[0069]
传统的突发功率控制和冷却的功率限制管理应用于钳位不对称半桥反激变换器将存在两方面的问题：1、由于钳位深度、mosfet的特性、输入电压等因素会造成vfb电压的非线性，依靠vfb的检测无法在各种工况下实现比较精确的输出功率检测，“提升开关频率 提升峰值电流限制值”的控制中限制值与突发功率期间允许释放的功率值之间为非线性关系，这将无法实现精确的功率管理。2、针对钳位不对称半桥反激变换器，上述冷却的控制方式难以实现不同输入电压、钳位深度、mosfet特性、功率参数等情况下的精确的功率限制，在某些情况下会出现输出掉落，但不会触发短路保护的问题，样机持续运行，这不利于变换器的可靠性。
[0070]
根据上述描述，针对钳位不对称半桥反激变换器，不能采用类似于普通的不对称
半桥反激变换器的突发功率控制方法和控制电路。需要寻找一种不依赖于反馈电压信号vfb的检测，排除输入电压、钳位深度、开关频率等非线性因素影响的新的突发功率控制策略，来实现钳位不对称半桥反激变换器的过功率及冷却控制及功率管理。
[0071]
本发明的构思为：在原边侧实现对不对称半桥反激变换器副边的负载检测，在原边进行负载检测后，根据检测到的负载值，判断切入突发功率模式的条件，若满足条件，则进入突发功率模式，进行特定的突发功率模式处理，突发功率冷却(实质上为退出突发功率状态，且限制冷却时间，即重新允许突发功率的时间)管理。此过程主要包括两个控制内容：1、判断是否满足进入突发功率的模式，若进入，则进行突发功率的模式处理；2、在突发功率模式运行期间，实时根据检测的负载值判断是否满足结束突发功率模式的第一条件，若满足则表明负载需求在突发功率模式可运行时间停止前已经结束，则恢复至正常工作频率和vcs的最高限制值后不需要特殊处理；若不满足则表明负载需求在突发功率模式可运行时间停止后仍未结束，则需要根据lo_max_set限制输出的电流值，即普通的突发功率冷却机制仅仅适用于限制vcs_max和开关频率，无法确定的限制输出功率(或电流)，通过原边负载采样可以知道当前的负载状态，从而实现精确额功率(或电流)输出限制。从而实现不依赖于反馈信号vfb(排除了输入电压、钳位深度等影响)来实现突发功率模式切入与退出；同时在此工作期间，通过闭环控制主开关管的脉宽，维持输出电压的稳定。
[0072]
第一实施例
[0073]
在本实施例中，提供一种钳位不对称半桥反激变换器的突发功率控制方法，包括以下步骤：
[0074]
s100.实时检测钳位不对称半桥反激变换器的负载的负载值io。
[0075]
具体的，步骤s100包括：
[0076]
s101.实时检测变换器的主开关管导通期间的励磁电感电流值；
[0077]
s102.捕捉变换器的励磁电感电流的负峰值产生时刻并输出负峰值触发信号和捕捉励磁电感电流的正峰值产生时刻并输出正峰值触发信号；
[0078]
s103.对的励磁电感电流进行采样，并根据采样的励磁电感电流、负峰值触发信号和正峰值触发信号提取出励磁电感电流的负峰值和正峰值；
[0079]
s104.根据励磁电感电流的负峰值、正峰值、变换器的主开关管s1和辅开关管s2导通时间或变换器的主开关管s1和辅开关管s2占空比得到负载值io。
[0080]
具体的，钳位不对称半桥反激变换器原边励磁电感电流与输出负载存在如下所示的等量关系：
[0081][0082]
式中，io为变换器负载值，i1励磁电感电流正峰值，i2励磁电感电流负峰值、d1为变换器的主开关管s1的占空比、d2为变换器的辅开关s2的占空比、变压器的原副边匝比n；因此，可以通过一定的电路实现在原边检测输出负载电流信息，此电路模块为原边负载检测模块。通过检测原边的励磁电感电流ilm、主开关管s1的占空比d1、辅开关管s2的占空比d2，且系统匝比n已知，就可以实现输出负载电流信息检测，也就是通过在原边采样实现了副边负载电流信息的检测，即原边负载检测。
[0083]
根据钳位不对称半桥反激变换器的拓扑特性，在原边侧实现输出负载值io的实时
检测，这样可以将该负载值io运用于后续反激变换器的突发功率模式和冷却模式的管理控制，从而排除了输入电压、钳位深度、开关频率等非线性因素的影响。
[0084]
s200.判断负载值io是否满足进入突发功率模式的条件。
[0085]
步骤s200具体包括如下步骤：
[0086]
s201.判断负载值io是否大于预设的第二阈值pem_in；
[0087]
s202.若是，则判定为满足进入突发功率模式的条件，执行步骤s300；
[0088]
s203.若否，则判定为未满足进入突发功率模式的条件，返回步骤s201；
[0089]
其中，第二阈值pem_in小于第一阈值pem_out。
[0090]
具体的，当判定负载值大于第二阈值pem_in时，则判定变换器的负载足够重，切入突发功率模式。
[0091]
s300.若是，则进入突发功率模式，进入突发功率模式时根据负载值提高变换器的开关频率fs_set及峰值电流限制最大值vcs_max，以提高变换器的在突发功率模式下的输出功率。
[0092]
一般的，切入突发功率模式，变换器将处于不对称半桥反激ahbf mode模式，此时变换器的钳位管s3将处于关闭状态。
[0093]
切入突发功率模式后，实时根据检测的负载值io提高变换器的开关频率fs_set和峰值电流限制最大值vcs_max，从而允许变换器在突发功率模式下释放更多的功率，释放出更多的能量，以保证负载需求；具体的，负载值io与开关频率fs_set呈线性相关，也即当检测到的负载值io升高，则控制开关频率fs_set升高。
[0094]
s400.判断当前负载值io和突发功率模式的运行时间是否满足结束突发功率模式条件，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式，进入冷却模式时实时将负载值io与预设的最大输出负载值lo_max_set进行比较，若负载值io大于预设的最大输出负载值，则根据负载值io及最大输出负载值lo_max_set降低变压器的输出电压，以限制变换器的最大输出功率。
[0095]
步骤s400具体包括以下步骤：
[0096]
s401.判断当前负载值io是否低于预设的第一阈值；
[0097]
s402.若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式；
[0098]
s403.若否，则判断突发功率模式的运行时间是否大于预设的可运行时间，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式。
[0099]
负载值io为负载电流值，最大输出负载值lo_max_set为最大输出负载电流值。
[0100]
s404.实时将负载电流值与预设的最大输出负载电流值进行比较，若负载电流值大于预设的最大输出负载电流值，则根据负载电流值及最大输出负载电流值控制变换器的输出电压vo，以控制变换器的输出电压vo从而限制变换器的最大输出功率，其中，负载电流值与输出电压vo呈反比。
[0101]
具体的，若负载需求在突发功率模式允许的最长可持续时间(可运行时间)停止前已经结束，则退出突发功率模式进入冷却模式，在冷却模式时恢复至正常工作频率和峰值电流vcs的最高限后不需要特殊处理，也即在突发功率模式运行期间，若负载需求提前结束则立刻退出突发功率模式；若负载需求在突发功率允许的最长可持续时间停止后仍未结束，则退出突发功率模式进入冷却模式，在冷却模式时需要根据最大输出负载值lo_max_
set限制输出的功率值(或电流值)；而普通的突发功率冷却机制仅仅适用于限制峰值电流限制最大值vcs_max和开关频率fs_set，无法确定的限制输出功率，本实施例通过原边负载采样可以知道当前的负载状态，从而实现精确的功率输出限制。
[0102]
钳位不对称半桥反激变换器拓扑特性决定了可以在变换器原边侧实现输出负载的检测。因此，可以依靠原边负载检测的思想，在进入负载突然过载的工况，快速切入突发功率模式，通过提升开关频率fs_set和提升峰值电流限制最大值vcs_max，由于负载检测是与vfb解耦的，可以确定的知道副边侧的负载具体值，因此在不同的输入电压、功率参数下，可以实现特定倍数的短时过载(即突发功率)。如果冷却模式下时限制输出功率，可以实时检测输出负载电流值，可以保证变换器不会处于较大的功率状态，而且可以实现可编程的冷却功率限制，从而保证变换器的可靠性。
[0103]
根据钳位不对称半桥反激变换器的拓扑特性，可以在原边侧实现输出负载电流的实时检测，这样将此检测值运用于变换器的突发功率和冷却功率管理控制，可以解决不同输入电压、mosfet(影响钳位深度)、功率级参数等进入突发功率模式的负载一致性的问题；相对于传统的突发功率的冷却的处理方式，本方案通过将在原边实时检测到的负载值io与用户设定的最大输出负载值lo_max_set的大小进行比较，并根据比较结果限制住最大输出功率。这样在冷却期间，变换器允许的最大输出功率(或电流)得到精确的控制。
[0104]
在本实施例中，方法还包括：
[0105]
s500.采集变换器的输出电压vo；
[0106]
s600.根据输出电压生成控制信号，并根据控制信号对变换器的主开关管s1进行闭环控制以使输出电压vo稳定。
[0107]
具体的，根据控制信号对变换器的主开关管s1进行闭环控制以使输出电压vo稳定，具体包括：
[0108]
根据控制信号控制输送至变换器的主开关管s1的驱动脉冲的脉宽，以控制变换器的输出电压vo，使输出电压vo稳定。
[0109]
第二实施例
[0110]
在本实施例中，提供一种钳位部队称半桥反激变换器的突发功率控制电路，包括：
[0111]
检测模块，用于实时检测钳位不对称半桥反激变换器的负载的负载值io；
[0112]
pwm发生及模式处理模块，用于判断负载值是否满足进入突发功率模式的条件；
[0113]
当判定满足进去突发功率模式的条件时，pwm发生及模式处理模块还用于进入突发功率模式，进入突发功率模式时根据负载值io提高变换器的开关频率fs_set及峰值电流限制最大值vcs_max，以提高变换器的在突发功率模式下的输出功率；
[0114]
pwm发生及模式处理模块还用于判断当前负载值和突发功率模式的运行时间是否满足结束突发功率模式条件，若是，则结束突发功率模式并进入冷却模式，进入冷却模式时实时将负载值io与预设的最大输出负载值lo_max_set进行比较，若负载值io大于预设的最大输出负载值lo_max_set，则根据负载值及最大输出负载值lo_max_set控制变压器的输出电压vo，以限制变换器的最大输出功率。
[0115]
具体的，检测模块包括：
[0116]
电流检测模块cs，用于检测变换器的主开关管导通期间的励磁电感电流；
[0117]
峰值产生时刻捕捉模块，用于捕捉变换器的励磁电感电流的负峰值产生时刻并输
出负峰值触发信号和用于捕捉励磁电感电流的正峰值产生时刻并输出正峰值触发信号；
[0118]
采样保持模块ss，用于对的励磁电感电流进行采样，并根据采样的励磁电感电流、负峰值触发信号和正峰值触发信号提取出励磁电感电流的负峰值和正峰值；
[0119]
负载及频率计算模块lfc，用于根据励磁电感电流的负峰值、正峰值、变换器的主开关管和辅开关管导通时间或变换器的主开关管和辅开关管占空比得到负载值io。
[0120]
具体的，钳位不对称半桥反激变换器包括包括主电路和控制电路；主电路包括主开关管s1、辅开关管s2、变压器以及用于控制励磁电感电流的单向钳位网络，其中，单向钳位网络具有钳位开关管s3；
[0121]
具体的，主电路包含输入电容cin、主开关管s1和辅开关管s2、谐振电容cr、单向钳位网络(由钳位开关管s3和二极管d3组成)、变压器、整流开关d以及输出滤波电容co。
[0122]
控制电路包括电联接在主电路的检测模块和pwm发生及模式处理模块以及输出电压隔离采样模块，其中检测模块包括电流检测模块cs、峰值电流产生时刻捕捉模块ts、采样保持模块ss、负载及频率计算模块lfc。
[0123]
本发明的工作原理为：pwm发生及模式处理模块和负载及频率计算模块lfc根据原边检测到的负载值io实现突发功率模式和冷却模式两种状态下的功率限制管理，从而允许钳位不对称半桥反激变换器在突发功率模式期间具有释放出更多功率的能力，而在冷却模式期间则精确限制住变换器的输出功率，不允许其过功率运行。具体的，通过负载及频率计算模块lfc计算出当前的变换器的负载值io，pwm发生及模式处理模块接收到当前的变换器的负载值io并判断是否要切入突发功率模式。若满足进入突发功率的条件，则切入突发功率模式，此时pwm发生及模式处理模块根据负载及频率计算模块lfc计算得到的开关频率fs_set、峰值电流限制最大值vcs_max运行。当退出突发功率模式进入冷却模式时，pwm发生及模式处理模块根据负载及频率计算模块lfc计算的开关频率fs_set、允许的峰值电流限制最大值vcs_max、当前负载值io及设定的最大输出负载值lo_max_set进行冷却时的功率限制控制：当冷却期间负载需求的功率超过允许的最大功率(即变换器当前的负载值io超过最大输出负载值lo_max_set)，pwm发生及模式处理模块将限制住闭环控制(如图6所示为可能的一种实施方案)，使得输出电压vo掉落，当负载足够大，将使得输出电压vo掉落至短路保护点，从而变换器进入故障关机状态。
[0124]
以下，结合图4对本实施例进行进一步的说明：
[0125]
电流检测模块cs的正极与主电路的辅开关管s2的源极、钳位开关管s3的源极以及变压器的原边绕组lp异名端连接；电流检测模块cs的负极与地、负输入端-vin连接；电流检测模块cs的输出端iout与采样保持模块ss的输入端iin连接。电流检测模块cs用于检测主开关管s1导通期间变压器的励磁电感电流。
[0126]
在其它实施例中，电流检测模块cs在变换器中还可采用以下两种连接方式：
[0127]
(1)电流检测模块cs的正极与输入端 vin连接；电流检测模块cs的负极与主开关管s1的漏极连接；电流检测模块cs的输出端iout与采样保持模块ss的输入端iin连接。
[0128]
(2)电流检测模块cs的正极与钳位管s3的源极以及变压器原边绕组的异名端连接；电流检测模块cs的负极与辅开关管s2的源极和输入端-vin连接；电流检测模块cs的输出端iout与采样保持模块ss的输入端iin连接。
[0129]
峰值电流产生时刻捕捉模块ts的输入端v1与pwm发生及模式处理模块的输出端
vgs1连接；峰值电流产生时刻捕捉模块ts的gnd端与地连接。峰值电流产生时刻捕捉模块ts用于捕捉励磁电感电流的负峰值和正峰值产生的时刻并通过输出端tn输出相应的负峰值触发信号和通过输出端t
p
输出相应的正峰值触发信号，并将该负峰值触发信号和正峰值触发信号送给采样保持模块ss，用以从励磁电感电流中提取正峰值和负峰值。
[0130]
峰值电流产生时刻捕捉模块ts产生正峰值触发信号的方法可以有不同的方式，包括但不限于以下两种方式：
[0131]
(1)通过判断主开关管s1管漏源极电压由零开始上升至某电压值的时刻产生励磁电感电流的正峰值触发信号；
[0132]
(2)通过判断主开关管s1的栅极驱动脉冲信号下降沿时刻产生励磁电感电流的正峰值触发信号。
[0133]
采样保持模块ss的输入端iin与电流检测模块cs的输出端iout连接，采样保持模块ss的输入端t-和输入端t 与峰值电流产生时刻捕捉模块ts的输出端tn和输出端t
p
连接，采样保持模块ss的输出端i
±
与负载及频率计算模块lfc的输入端ip连接。采样保持模块ss用于采样主开关管s1导通期间的励磁电感电流，并根据励磁电感电流的负峰值和正峰值产生的时刻提取出励磁电感电流的正峰值和负峰值，具体的：当正峰值触发信号为高电平时，采样保持模块ss跟踪励磁电感电流，当正峰值触发信号为低电平时，采样保持模块ss保持并输出对应触发信号下降沿时刻的励磁电感电流，并由输出端i

输出，此时端口i

输出信号即励磁电感电流的正峰值。此正峰值可以作为负载及频率计算模块lfc的变换器峰值电流信号vcs的来源。
[0134]
同理，当负峰值触发信号为高电平时，采样保持模块ss实时跟踪输入端i
in
输入的励磁电感电流；当负峰值触发信号为低电平时，采样保持模块ss保存低电平产生时刻输入端i
in
输入的励磁电感电流，并由输出端i-输出，此时输出端i-输出信号即励磁电感电流的负峰值。
[0135]
负载及频率计算模块lfc的输入端i
p
与采样保持模块ss的输出端i
±
连接，负载及频率计算模块lfc的输出端lo与pwm发生及模式处理模块的输入端lo电连接，负载及频率计算模块lfc的输出端lo_max_set与pwm发生及模式处理模块的输入端lo_max_set电连接；负载及频率计算模块lfc的输出端vcs_max与pwm发生及模式处理模块的输入端vcs_max电连接，用于设定pwm发生器的变换器的峰值电流限制最大值vcs_max，从而pwm发生及模式处理模块即可根据接收到的峰值电流限制最大值vcs_max生成对应的pwm信号控制主开关管s1、辅开关管s2和钳位开关s3，这样在突发功率状态下和非突发功率状态下动态调整峰值电流限制最大值vcs_max，可以避免在突发功率时触发保护(即允许变换器突发功率期间释放更多功率)。负载及频率计算模块lfc的输出端fs_set与pwm发生及模式处理模块的输入端fs_set电连接，负载及频率计算模块lfc的输入端vo与输出电压隔离采样模块的输出端vo电连接。负载及频率计算模块lfc用于根据励磁电感电流的正峰值和负峰值、主开关管s1的占空比d1、辅开关s2的占空比d2、原副边匝比n计算变换器当前负载值io，以及在切入突发功率模式后的冷却处理模式时，根据负载值io和用户设定的最大输出负载值lo_max_set确定限制的功率的控制信号。
[0136]
本实施例中，负载值io为负载电流值，负载电流值与励磁电感电流正峰值i1和负峰值i2、主开关管s1的占空比d1、辅开关管s2的占空比d2、变压器的原副边匝比n满足以下
关系式：
[0137][0138]
若负载较大，则变换器会工作在不对称半桥反激ahbf mode模式，在忽略死区的情况下，d1 d2＝1，此公式仍然满足。负载及频率计算模块lfc的实现方式也可以有不同的方式，包括但不限于以下方式：
[0139]
对采用峰值电流控制的变换器，不采样保持励磁电感电流的正峰值，将输出电压隔离采样模块输出的反馈信号作为励磁电感电流正峰值电流相对应的信号。
[0140]
此公式在cahbf mode、ahbf mode都成立，突发功率期间通常切入ahbf mode模式，而突发功率模式的常用处理方式为提高开关频率(通过fs_set)和提高峰值电流vcs(通过提高峰值电流限制最大值vcs_max)的限制值，从而可以允许变换器在此突发功率期间产生出更多的功率而不触发保护，因此公式也成立。
[0141]
同时，峰值电流vcs信号传输至pwm产生及模式处理模块，用于该模块判断变换器的峰值电流vcs是否触发到了峰值电流限制最大值vcs_max。
[0142]
pwm发生及模式处理模块的输入端vfb用于接收由输出电压隔离采样模块输出的反馈信号，以控制输出电压vo稳定；pwm发生及模式处理模块的输入端lo用于接收反映变换器负载值io的负载电流信号，用于作为模式处理的负载依据；pwm发生及模式处理模块的输入端lo_max_set用于接收负载及频率计算模块lfc输出的冷却期间最大输出负载值lo_max_set的控制信号，以控制冷却期间的功率限制；pwm发生及模式处理模块的输入端fs_max用于接收载及频率计算模块lfc计算的变换器工作的开关频率信息；输入端vcs_max用于接收变换器的峰值电流信息，一方面用于与vfb共同实现峰值电流闭环控制，另一方面用于判断是否进入最大峰值电流保护。
[0143]
pwm发生及模式处理模块的输入端fb和输出电压隔离采样模块的输出端fb连接，pwm发生及模式处理模块的输出端vgs1、vgs2、vgs3用于输出驱动脉冲来控制主开关管s1、辅开关管s2和钳位开关管s3的开通或关断，同时输出端vgs1还与峰值电流产生时刻捕捉模块ts的输入端v1连接。pwm发生及模式处理模块的功能主要由三部分组成，一是利用输出电压隔离采样模块、负载及频率计算模块lfc的峰值电流限制最大值vcs_max对输出电压vo进行闭环稳压控制，二是根据负载及频率计算模块lfc计算获得的变换器当前的负载值io、设定的开关频率fs_set、变换器的峰值电流限制最大值vcs_max进行模式处理，三是根据用户设定的的变换器突发功率冷却期间的最大输出负载值lo_max_set，来控制冷却时允许的最大输出功率、是否进入故障保护等。如图7所示，当负载需求的持续时间大于突发功率模式的时间时，在冷却期间内，输出电压vo将降低，将可能触发vo_osp的短路保护，从而变换器关机。
[0144]
相对于传统的突发功率的冷却的处理方式，本方案通过比较在原边实时检测到的负载值io与用户设定的最大输出负载值lo_max_set的大小，限制住输出功率。这样在冷却期间，变换器允许的最大输出功率(电流)得到精确的控制。如图6所示，提供了一种可能的冷却期间的精确限制功率的电路。当实时的检测计算的实际负载值io大于用户设定的最大输出负载值lo_max_set时，vcomp电压(vfb电压)会被迅速拉低，从而pwm的占空比会被强制减小，从而实现限制功率。
[0145]
输出电压隔离采样模块用于隔离采样副边输出电压及负载情况并据以生成反馈信号以用于实现变换器的闭环反馈。
[0146]
具体的，pwm发生及模式处理模块通过接收输出电压隔离采样模块采集钳位不对称半桥反激变换器的输出电压的反馈信号，来控制输送至主开关管的驱动脉冲的脉宽，来对输出电压vo进行控制。
[0147]
以下结合图5、图6对本发明实施例中各模块工作原理进一步说明，其中，vgs1代表输出端vgs1输出的驱动脉冲；vgs2代表输出端vgs2输出的驱动脉冲；vgs3代表输出端vgs3输出的驱动脉冲，vo代表输出电压隔离采样模块采样到的输出电压值，vcs代表变换器的激磁时的电流波形(主要关注峰值电流)，io代表原边负载及频率计算模块lfc计算获得的变换器的负载值。
[0148]
如图5所示，通过电流检测模块cs、峰值电流产生时刻捕捉模块ts、采样保持模块ss和负载及频率计算模块lfc获取变换器的当前负载值，当负载值io大于第二阈值pem_in时，pwm发生及模式处理模块判定变换器的负载足够重，切入突发功率模式，提高开关频率fs_set上限和峰值电流限制最大值vcs_max，从而允许变换器释放出更多的能量，以保证负载需求，输出电压vo不至于因为过功率输出而掉落；进入突发功率模式后，负载值io与开关频率fs_set呈线性关系，当负载值io进一步增大时，变换器的开关频率fs_set进一步上升。一般的，切入突发功率模式，变换器将处于不对称半桥反激ahbf mode模式，此时钳位管s3将处于关闭状态。切入突发功率模式后，负载及频率计算模块lfc根据实时计算的负载值，计算当前变换器的开关频率fs_set，若在突发功率期间外部负载需求增大则开关频率也将继续升高。相应的控制信号传送至pwm发生及模式处理模块，pwm发生及模式处理模块根据开关频率fs_set、最大输出负载值lo_max_set、变换器峰值电流限制最大值vcs_max等控制信号控制主开关管s1、辅开关管s2以及钳位开关管s3的驱动信号使能或禁止，以及主开关管s1、辅开关管s2、钳位开关管s3的开关频率。在突发功率模式运行期间，当检测到的负载值io(外部负载需求)小于第一阈值pem_out时，此时从突发功率模式切出，其中第一阈值pem_out小于第二阈值pem_in。因此，通过上述描述，进入突发功率模式和退出突发功率模式的判断条件，都是通过负载及频率计算模块lfc在变换器原边侧检测计算副边侧的负载值(外部负载需求)。这样相对传统的突发功率模式的进入和退出的控制方式而言，这种方式更适用于钳位不对称半桥反激变换器，可以更加充分的利用峰值电流vcs的信息，而又排除了输入电压、钳位深度等非线性因素的影响，适用性广，相同策略可以适用于不同的系统，而无需为不同的系统设计相对应的控制器及补偿策略，简化控制器的设计，降低成本。
[0149]
考虑在实际应用中存在下列情况：在pwm发生及模式处理模块允许的突发功率模式运行最长定时时间(也即可运行时间)过后，外部负载需求(负载值io)仍大于第一阈值pem_out，变换器将针对此种情况进行控制管理。下面，结合图7进一步描述当切入突发功率模式，在pwm发生及模式处理模块允许的突发功率模式运行最长定时时间过后，外部负载需求仍大于第一阈值pem_out这种情况下的冷却模式的控制管理过程、各个模块的工作过程及控制逻辑。进入冷却模式，此时负载及频率计算模块lfc将恢复变换器进入突发功率模式前的变换器峰值电流值最大限制。
[0150]
在工作周期内，主开关管s1的开通沿与振荡器时钟信号的上升沿同步，主开关s1的关断沿由峰值电流闭环决定(峰值电流环比较器的翻转沿与s1的关断沿同步)；在突发功
率模式期间，一般的，变换器处于不对称半桥反激ahbf mode模式，此时辅开关管s2与主开关管s1互补(具有死区时间)。在冷却模式，若外部负载需求持续高于负载及频率计算模块lfc计算的允许变换器的最大输出负载电流值，输出电压vo掉落至osp保护点，则主开关管s1、辅开关管s2、钳位开关管s3都将被禁止，变换器停止工作。
[0151]
应当指出，图5和图7中所示的发波频率、第一阈值pem_out、第二阈值pem_in、突发功率模式的最长允许定时时间(也即可运行时间)等可以为其他设定值，可以根据具体的系统进行合适的设定，同时进入突发功率模式可以为钳位不对称半桥反激cahbf mode模式，但突发功率模式的进入退出、冷却功率管理等思想并未改变，这是适用于钳位不对称半桥反激变换器的一种突发功率控制方法及电路。
[0152]
请参考图8，变换器工作在突发功率和冷却模式时，在进行工作周期中，每个工作周期包含五个阶段：励磁阶段(对应t0-t1时间段)、辅开关零电压开通阶段(对应t1-t2时间段)、去磁阶段(对应t2-t3时间段)、电流钳位阶段(对应t3-t4时间段)以及主开关零电压开通阶段(对应t4-t5时间段)；每个循环周期的工作原理如下：
[0153]
励磁阶段：从t0时刻起至t1时刻止，控制主开关管s1导通，输入电压vin向谐振电容cr、谐振电感lr和励磁电感lm充电，励磁电感电流ilm和谐振电感电流ilr线性上升，即输入电压vin给变压器励磁，该阶段控制信号vgs2和vgs3为低电平，辅开关管s2和单向钳位网络关断；
[0154]
辅开关零电压开通阶段：从t1时刻起至t2时刻止，控制主开关管s1关断，电容c1、电容c2、谐振电感lr和励磁电感lm形成串联谐振，谐振电感电流ilr给电容c1充电、电容c2放电，使得电容c1两端的电压vc1上升、电容c2两端的电压vc2下降，至电容c2放电完毕，vc2降为零，二极管d2自然导通，谐振电感电流ilr流过二极管d2，t2时刻，控制辅开关管s2导通，辅开关管s2实现零电压开通。此阶段控制信号vgs3仍然为低电平，单向钳位网络关断；
[0155]
去磁阶段：从t2时刻起至t3时刻止，控制辅开关管s2导通，主开关管s1继续关断，整流开关d导通，整流开关d的电流i2增加，励磁电感lm两端的电压被钳位，电压上负下正，励磁电感电流ilm线性减小，变压器去磁，t3时刻，励磁电感电流达到设定值时，控制辅开关时s2关断。此阶段控制信号vgs3为高电平，单向钳位网络导通，单向钳位网络的开通时刻可以是t2至t3之间的任意时刻(即t2至t3之间单向钳位网络导通与关断均可)，由于单向钳位网络只允许电流从其阳极流到阴极，故此过程中单向钳位网络中并没有电流流过；
[0156]
电流钳位阶段：从t3时刻起至t4时刻止，t3时刻，辅开关管s2关断，单向钳位网络继续导通，电容c1、电容c2、谐振电容cr和谐振电感lr形成串联谐振，谐振电感电流ilr为负，并迅速正向增大，给电容c1放电、电容c2充电，使得电容c1两端的电压vc1下降、电容c2两端的电压vc2上升，至vc2上升与vcr电压相同时，单向钳位网络阳极电压为零，励磁电感电流ilm和谐振电感电流ilr相等，整流开关d关断，励磁电感电流ilm(或称钳位电流)自然通过单向钳位网络阳极流向阴极，单向钳位网络保持钳位电流基本不变，至t4时刻，控制信号vgs3变为低电平，单向钳位网络关断；
[0157]
主开关零电压开通阶段：从t4时刻起至t5时刻止，t4时刻单向钳位网络关断，主开关管s1和辅开关管s2保持关断状态，单向钳位网络保持的钳位电流被释放，并给电容c1继续放电、给电容c2继续充电，电容c1两端的电压vc1继续下降，电容c2两端电压vc2继续上升，至电容c1两端电压下降到零，钳位电流开始流过二极管d1，t5时刻，控制信号vgs1变为
高电平，主开关管s1导通，主开关管s1实现零电压开通。
[0158]
通过以上分析可知采用本发明实施例的钳位不对称半桥反激变换器可以通过原边负载检测获取变换器当前负载值io，根据负载值io判定是否进入突发功率模式，当切入突发功率模式，变换器的开关频率fs_set升高，变换器的峰值电流限制最大值vcs_max提高，从而允许变换器在规定的定时时间范围内释放更多的功率，当进入冷却模式时，变换器恢复正常工作时的开关频率fs_set和峰值电流限制最大值vcs_max，同时实时监测输出负载值io并对比设定的最大输出负载值lo_max_set，从而实现冷却模式期间精确的功率限制管理，防止变换器持续过功率而损坏。从而实现切入突发功率模式和冷却模式的功率管理不依赖于输入电压和系统参数及钳位深度，无需检测副边负载值而直接在原边侧实现对副边侧输出电流检测，具有一致性好、实现简单、简化钳位不对称半桥反激变换器控制、降低成本有益效果。
[0159]
应当指出，本发明实施例所述的不对称半桥反激变换器的电流检测电路及模式处理方法，通过改变不对称半桥反激变换器谐振腔位置、单向钳位网络与变压器联接方式、电流检测模块cs位置、峰值电流产生时刻捕捉模块ts及负载及频率计算模块lfc的实现方法、突发功率模式中发波频率、冷却模式时的功率限制管理计算公式(根据原边负载检测电流值)，仍在本发明保护范畴之内。
[0160]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。