适用于宽范围输出电压的变换器及其控制方法与流程

技术特征：
1.一种适用于宽范围输出电压的变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器包括pwm半桥电路，所述pwm半桥电路包括：原边电路，包括由第一功率开关管和第二功率开关管串联组成的原边开关桥臂；变压器，包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈与所述原边电路耦接；副边整流电路，包括至少两个同步整流管，所述副边整流电路的输入端与所述副边线圈耦接；以及输出滤波电路，包括输出电感和输出电容，所述输出滤波电路耦接于所述副边整流电路的输出端与一负载之间；所述控制方法包括：通过调整开关频率使所述pwm半桥电路进入断续模式，在所述pwm半桥电路工作在所述断续模式时，所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述pwm半桥电路的寄生电容发生振荡，当所述原边开关桥臂的中点电压达到谷底或者谷顶时，触发相对应的所述第一功率开关管或所述第二功率开关管导通。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一功率开关管与所述原边电路的负输入端连接，所述第二功率开关管与所述原边电路的正输入端连接；在所述第二功率开关管关断到所述第一功率开关管开通的死区时间内，当所述原边开关桥臂的中点电压达到谷底时，触发所述第一功率开关管导通；在所述第一功率开关管关断到所述第二功率开关管开通的死区时间内，当所述原边开关桥臂的中点电压达到谷顶时，触发所述第二功率开关管导通。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当所述原边开关桥臂的中点电压处于第m个谷底时，触发所述第一功率开关管导通；当所述原边开关桥臂的中点电压处于第m个谷顶时，触发所述第二功率开关管导通，其中，m为大于或等于1的整数。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，根据所述负载的大小确定所述m的取值，当所述负载减小时，增大所述m的取值；当所述负载增大时，减小所述m的取值。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述变压器的副边线圈为中心抽头结构，包括第一端，第二端和公共端，所述副边整流电路包括第一同步整流管和第二同步整流管，所述第一同步整流管的一端和所述第二同步整流管的一端分别与所述副边线圈的所述第一端和所述第二端相连接，所述第一同步整流管的另一端和所述第二同步整流管的另一端同时与所述输出电容的一端相连接，所述输出电感的两端分别与所述副边线圈的所述公共端和所述输出电容的另一端相连接。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括：在所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的开关状态切换区间内，检测所述第一同步整流管上的电流以及所述第二同步整流管上的电流；在所述第一功率开关管关断到所述第二功率开关管开通的死区时间内，当所述第一同步整流管上的电流降为0时，关断所述第一同步整流管，保持所述第二同步整流管处于导通状态，使得所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡；在所述第二功率开关管关断到所述第一功率开关管开通的死区时间内，当所述第二同步整流管上的电流降为0时，关断所述第二同步整流管，保持所述第一同步整流管处于导通状态，使得所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述变压器的副边线圈包括第一端和第二端，所述副边整流电路包括第一至第四同步整流管，所述第一同步整流管和所述第二同步整流管串联形成副边第一桥臂，所述第三同步整流管和所述第四同步整流管串联形成副边第二桥臂，所述副边线圈的所述第一端和所述第二端分别与所述副边第一桥臂和所述副边第二桥臂的中点相连接，所述输出电容通过所述输出电感并联于所述副边第一桥臂和所述副边第二桥臂的两端。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括：控制所述第一同步整流管和所述第三同步整流管同步工作，控制所述第二同步整流管和所述第四同步整流管同步工作；在所述第一功率开关管关断到所述第二功率开关管开通的死区时间内，当所述第二同步整流管和所述第四同步整流管上的电流降为0时，关断所述第二同步整流管和所述第四同步整流管，保持所述第一同步整流管和所述第三同步整流管处于导通状态，使得所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡；在所述第二功率开关管关断到所述第一功率开关管开通的死区时间内，当所述第一同步整流管和所述第三同步整流管上的电流降为0时，关断所述第一同步整流管和所述第三同步整流管，保持所述第二同步整流管和所述第四同步整流管处于导通状态，使得所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡。9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：当所述负载进一步减小时，控制所述pwm半桥电路从所述断续模式进入burst模式，每个burst周期包括脉冲使能区间和脉冲关闭区间，在所述脉冲使能区间内，所述pwm半桥电路工作在所述断续模式；在所述脉冲关闭区间内，关闭所有脉冲信号，所述pwm半桥电路停止工作。10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在每一个所述脉冲使能区间，对第一个开关周期进行处理，使所述激磁电感的电流和所述输出电感的电流接入预定轨迹；对最后一个开关周期进行处理，使所述激磁电感的电流为零后关闭所述原边电路的脉冲信号。11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述预定轨迹为所述断续模式中所述激磁电感的电流和所述输出电感的电流的轨迹。12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，固定所述脉冲使能区间中的所述开关周期的数量，根据负载的大小调节所述脉冲使能区间和所述脉冲关闭区间交替变换的频率，负载越大，频率越高。13.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，保持所述脉冲使能区间和所述脉冲关闭区间交替变换的频率固定，根据负载的大小调节所述脉冲使能区间中的所述开关周期的数量，负载越大，数量越多。14.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述原边电路还包括由第一电容和第二电容串联组成的电容桥臂，所述变压器的原边线圈的一端与所述电容桥臂的中点耦接，所述原边线圈的另一端与所述原边开关桥臂的中点耦接。15.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述原边电路还包括一电容，所述电容的一端与所述原边电路的正输入端或者负输入端耦接，所述电容的另一端与所述原边线圈的一端耦接，所述原边线圈的另一端与所述原边开关桥臂的中点耦接。
16.一种适用于宽范围输出电压的变换器，其特征在于，所述变换器包括pwm半桥电路和控制单元，所述pwm半桥电路包括：原边电路，包括由第一功率开关管和第二功率开关管串联组成的原边开关桥臂；变压器，包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈与所述原边电路耦接；副边整流电路，包括至少两个同步整流管，所述副边整流电路的输入端与所述副边线圈耦接；输出滤波电路，包括输出电感和输出电容，所述输出滤波电路耦接于所述副边整流电路的输出端与一负载之间；所述控制单元用于通过调整开关频率使所述pwm半桥电路进入断续模式，在所述pwm半桥电路工作在所述断续模式时，所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述pwm半桥电路的寄生电容发生振荡，当所述原边开关桥臂的中点电压达到谷底或者谷顶时，触发相对应的所述第一功率开关管或所述第二功率开关管导通。17.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述第一功率开关管与所述原边电路的负输入端连接，所述第二功率开关管与所述原边电路的正输入端连接；在所述第二功率开关管关断到所述第一功率开关管开通的死区时间内，当所述原边开关桥臂的中点电压达到谷底时，所述控制单元触发所述第一功率开关管导通；在所述第一功率开关管关断到所述第二功率开关管开通的死区时间内，当所述原边开关桥臂的中点电压达到谷顶时，所述控制单元触发所述第二功率开关管导通。18.根据权利要求17所述的变换器，其特征在于，当所述原边开关桥臂的中点电压处于第m个谷底时，所述控制单元触发所述第一功率开关管导通；当所述原边开关桥臂的中点电压处于第m个谷顶时，所述控制单元触发所述第二功率开关管导通，其中，m为大于或等于1的整数。19.根据权利要求18所述的变换器，其特征在于，所述控制单元根据所述负载的大小确定所述m的取值，当所述负载减小时，增大所述m的取值，当所述负载增大时，减小所述m的取值。20.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述变压器的副边线圈为中心抽头结构，包括第一端，第二端和公共端，所述副边整流电路包括第一同步整流管和第二同步整流管，所述第一同步整流管的一端和所述第二同步整流管的一端分别与所述副边线圈的所述第一端和所述第二端相连接，所述第一同步整流管的另一端和所述第二同步整流管的另一端同时与所述输出电容的一端相连接，所述输出电感的两端分别与所述副边线圈的所述公共端和所述输出电容的另一端相连接。21.根据权利要求20所述的变换器，其特征在于，还包括电流检测单元，所述电流检测单元用于检测所述第一同步整流管上的电流以及所述第二同步整流管上的电流，并将检测结果发送给所述控制单元；在所述第一功率开关管关断到所述第二功率开关管开通的死区时间内，当所述第一同步整流管上的电流降为0时，所述控制单元控制所述第一同步整流管关断，并保持所述第二同步整流管持续导通，使得所述输出电感、所述激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡；在所述第二功率开关管关断到所述第一功率开关管开通的死区时间内，当所述第二同步整流管上的电流降为0时，所述控制单元控制所述第二同步整流管关断，并保持所述第一
同步整流管持续导通，使得所述输出电感、所述激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡。22.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述变压器的副边线圈包括第一端和第二端，所述副边整流电路包括第一至第四同步整流管，所述第一同步整流管和所述第二同步整流管串联形成副边第一桥臂，所述第三同步整流管和所述第四同步整流管串联形成副边第二桥臂，所述副边线圈的所述第一端和所述第二端分别与所述副边第一桥臂的中点和所述副边第二桥臂的中点相连接，所述输出电容通过所述输出电感并联于所述副边第一桥臂和所述副边第二桥臂的两端。23.根据权利要求22所述的变换器，其特征在于，所述控制单元用于：控制所述第一同步整流管和所述第三同步整流管同步工作，控制所述第二同步整流管和所述第四同步整流管同步工作；并且在所述第一功率开关管关断到所述第二功率开关管开通的死区时间内，当所述第二同步整流管和所述第四同步整流管上的电流降为0时，关断所述第二同步整流管和所述第四同步整流管，保持所述第一同步整流管和所述第三同步整流管处于导通状态，使得所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡；在所述第二功率开关管关断到所述第一功率开关管开通的死区时间内，当所述第一同步整流管和所述第三同步整流管上的电流降为0时，关断所述第一同步整流管和所述第三同步整流管，保持所述第二同步整流管和所述第四同步整流管处于导通状态，使得所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述寄生电容形成持续振荡。24.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述控制单元用于在负载进一步减小时控制所述pwm半桥电路从所述断续模式进入burst模式，每个burst周期包括脉冲使能区间和脉冲关闭区间，在所述脉冲使能区间内，所述pwm半桥电路工作在所述断续模式；在所述脉冲关闭区间内，关闭所有脉冲信号，所述pwm半桥电路停止工作。25.根据权利要求24所述的变换器，其特征在于，在每一个所述脉冲使能区间，控制单元对第一个开关周期进行处理，使所述激磁电感的电流和所述输出电感的电流接入预定轨迹，且对最后一个开关周期进行处理，使所述激磁电感的电流为零后关闭所述原边电路的脉冲信号。26.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述原边电路还包括由第一电容和第二电容串联组成的电容桥臂，所述变压器的原边线圈的一端与所述电容桥臂的中点耦接，所述原边线圈的另一端与所述原边开关桥臂的中点耦接。27.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述原边电路还包括一电容，所述电容的一端与所述原边电路的正输入端或者负输入端耦接，所述电容的另一端与所述原边线圈的一端耦接，所述原边线圈的另一端与所述原边开关桥臂的中点耦接。28.根据权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述输出电感与所述变压器集成于一体。

技术总结
本发明揭露了一种适用于宽范围输出电压的变换器及其控制方法。该变换器包括PWM半桥电路。该控制方法包括以下步骤：通过调整开关频率使所述PWM半桥电路进入断续模式，在所述PWM半桥电路工作在断续模式时，所述输出电感、所述变压器的激磁电感与所述PWM半桥电路的寄生电容发生振荡，当原边开关桥臂的中点电压达到谷底或者谷顶时，触发相对应的功率开关管导通。本发明通过控制PWM半桥电路中相应的功率开关管在其两端的电压振荡至谷底时开通，从而减小开关损耗。减小开关损耗。减小开关损耗。


技术研发人员：徐海瑞 宋海斌 许道飞 章进法
受保护的技术使用者：台达电子企业管理（上海）有限公司
技术研发日：2021.05.19
技术公布日：2022/11/22