本實用新型涉及開關(guān)變換器領(lǐng)域，特別涉及不對稱半橋反激類開關(guān)變換器的驅(qū)動控制方法及驅(qū)動控制電路。
背景技術(shù)：
：隨著電力電子領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，開關(guān)變換器的應(yīng)用越來越廣泛，特別是人們對高功率密度、高可靠性和小體積的開關(guān)變換器提出了更多的要求。一般傳統(tǒng)的小功率開關(guān)變換器采用反激拓?fù)鋵崿F(xiàn)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點；但是普通反激拓?fù)涫怯查_關(guān)，而且不能回收漏感能量，因此限制了中小功率變換器的效率和體積。為了滿足功率變換器小型化、輕量化、模塊化的發(fā)展趨勢，軟開關(guān)技術(shù)已成為電力電子技術(shù)的熱點之一。“軟開關(guān)”是指零電壓開關(guān)或零電流開關(guān)，它是利用諧振原理，使開關(guān)變換器的開關(guān)管電壓(或電流)按正弦(或準(zhǔn)正弦)規(guī)律變化，當(dāng)電壓過零時，使器件開通(或電流自然過零時，使器件關(guān)斷)，實現(xiàn)開關(guān)損耗為零，從而提高變換器的效率和開關(guān)頻率，減小變壓器、電感的體積。雖然，軟開關(guān)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)功率變換器的小型化、模塊化等，但是，很多電路如LLC，電路變得非常復(fù)雜，使得中小功率的變換器的成本增加，往往不利于商業(yè)競爭。而不對稱半橋電路在和普通反激電路的器件數(shù)量和復(fù)雜度比較接近的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)兩個開關(guān)管的零電壓開通，回收漏感能量，并且容易實現(xiàn)自驅(qū)動同步整流，在有效提升效率的同時減小變壓器體積，成為一個比較好的應(yīng)用方案。目前常規(guī)的不對稱半橋反激變換器的電路圖如圖1-1和1-2所示，其中圖1-1中上管QH為主開關(guān)管，下管QL為鉗位開關(guān)管；圖1-2中上管QH為鉗位開關(guān)管，下管QL為主開關(guān)管，兩種電路工作原理基本相同，只是繞組位置不同而已?，F(xiàn)以圖1-1為例，其穩(wěn)態(tài)的工作波形如圖2所示，VgsH和VgsL分別為上管QH和下管QL的驅(qū)動電壓信號波形；Ic是流過諧振電容Cr的電流波形，同時也是流經(jīng)原邊繞組的電流波形；ILm為流經(jīng)激磁電感Lm的激磁電流波形，除了虛線部分以外，激磁電流波形和諧振電容的電流波形是一致重合的；VdsH和VdsL分別為上管和下管的漏極到源極的電壓信號波形。設(shè)主管的驅(qū)動信號VgsH的占空比為D，則鉗位管的占空比為(1-D)，為避免主管和鉗位管共通，需要留有一定的死區(qū)時間；工作周期為Ts。為方便對電路中變壓器原邊繞組的工作過程進(jìn)行分析，現(xiàn)將變壓器的原邊繞組等效為漏感Lr和激磁電感Lm兩部分來進(jìn)行說明。在t0時刻，上管QH的驅(qū)動電壓VgsH為高電平，上管開通，t0-t1時間段內(nèi)輸入端的能量通過上管QH、諧振電容Cr、漏感Lr和激磁電感Lm這一回路給變壓器激磁，激磁電流首先從負(fù)向線性減小到零以后線性增加，此時原邊諧振電容Cr的電流Ic和激磁電流ILm重合，諧振電容Cr、漏感Lr和變壓器儲存能量，副邊整流二極管D因反偏而截止；到t1時刻，上管QH關(guān)斷；t1-t2時間段內(nèi)，上管QH處于關(guān)斷狀態(tài)，下管QL也還未開啟，區(qū)此時間段為死時間，在這段死區(qū)時間內(nèi)，因漏感Lr和變壓器激磁電感Lm要續(xù)流，所以上下開關(guān)管的結(jié)電容、諧振電容Cr、漏感Lr、激磁電感Lm發(fā)生諧振，抽取下管QL的結(jié)電容的能量，下管漏極與源極之間的電壓VdsL下降，同時給上管QH的結(jié)電容充電，上管漏極與源極之間的電壓VdsH上升，因激磁電感Lm兩端的電壓降低，所以雖然激磁電流ILm仍在增加但是幅度很小；t2時刻，上管QH的結(jié)電容電壓(即上管漏極與源極之間的電壓)VdsH達(dá)到最高，下管QL的結(jié)電容電壓被抽到零，此時下管開通，則這樣就實現(xiàn)了下管的零電壓開通，英文簡寫為ZVS；t2-t3時間內(nèi)，副邊整流二極管D正向?qū)?，變壓器原邊儲存的能量向副邊釋放，激磁電流ILm線性下降到零然后負(fù)向線性增加，同時，漏感Lr、諧振電容Cr發(fā)生諧振，變壓器的原邊電流按正弦波的軌跡諧振，此時諧振電容Cr中儲存的能量通過正激的過程也向副邊釋放，變壓器原邊電流轉(zhuǎn)為負(fù)向；在t3時刻，下管QL關(guān)斷，因為漏感電流和激磁電流ILm續(xù)流，所以上下開關(guān)管的結(jié)電容、諧振電容Cr、漏感Lr、激磁電感Lm發(fā)生諧振，抽取上管QH的結(jié)電容的能量，VdsH電壓下降，同時給下管QL的結(jié)電容充電，VdsL電壓上升，激磁電流ILm因為變壓器原邊繞組兩端的電壓降低，所以雖然在負(fù)向增加，但是增加的幅度非常??；t4時刻，下管QL的結(jié)電容電壓VdsL達(dá)到最高，上管QH的結(jié)電容電壓VgsH被抽到零，此時上管開通，這樣就實現(xiàn)了上管QH的零電壓開通；這樣就完成了一個工作周期，接著繼續(xù)按照同樣的工作過程重復(fù)工作。這種控制方式因上下開關(guān)管的驅(qū)動電壓信號是互補的，所以變壓器激磁電流ILm是一個連續(xù)的波形，占空比不隨著負(fù)載大小的變化而變化，因此在輕載和空載的時候變壓器原邊峰值電流仍然會很大，諧振回路中的循環(huán)能量大，使損耗增加，大大降低輕載效率并增加了空載功耗。本文所述的輕載(或輕負(fù)載)是指50％以下的負(fù)載，本文所述的空載功耗是指變換器的輸出端空載時其輸入端的功耗。現(xiàn)有降低開關(guān)電源的輕負(fù)載損耗以提升輕負(fù)載效率、降低空載功耗的控制方法主要分為三種：第一種控制方法為：當(dāng)變換器工作于較重的負(fù)載時，電路以某一固定的頻率工作；當(dāng)檢測到變換器低于某一較輕的負(fù)載工作時，控制IC進(jìn)入跳周期(SkipCycle)模式(或稱為跳頻模式)，使得主開關(guān)管一段時間工作，一段時間不工作；這種控制IC如NCP1015和LM5021，可在較輕的負(fù)載時跳周期工作。第二種控制方法為：當(dāng)變換器工作于較重的負(fù)載時，電路以某一固定的頻率工作；控制IC檢測到變換器低于某一較輕的負(fù)載工作時，降低電路的工作頻率，負(fù)載越輕，電路的工作頻率也越低；當(dāng)檢測到變換器工作于某一更輕的負(fù)載時，控制IC使電路工作于跳周期模式；第三種控制方法為：與第二種控制方法相似，當(dāng)變換器工作于較重的負(fù)載時，電路以某一固定的頻率工作；控制IC檢測到電路工作于某一較輕負(fù)載時，降低開關(guān)頻率，負(fù)載越輕，電路的工作頻率越低，而在空載時，開關(guān)頻率達(dá)到最低?，F(xiàn)有以上第一種和第二種控制方法的缺點是，一旦變換器工作于跳周期模式(SkipCycleMode)，則當(dāng)主開關(guān)管工作時，輸出電壓上升；當(dāng)主開關(guān)管不工作時，因變換器傳輸至輸出端的能量降低，致使輸出電壓降低，這導(dǎo)致輸出電壓紋波會急劇增大，需要用數(shù)量更多的濾波電容來抑制紋波，使得電路體積和成本都會增加?，F(xiàn)有以上第二種和第三種控制方式的缺點是，當(dāng)用于不對稱半橋反激變換器時，輕負(fù)載和空載的開關(guān)頻率降低，導(dǎo)致電路的損耗反而增加，致使空載功耗大幅增加，輕負(fù)載效率也大幅降低。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本實用新型要解決上述不對稱半橋反激變換器在輸出輕負(fù)載和空載時損耗大的問題，提供一種降低不對稱半橋反激變換器在輸出輕負(fù)載和空載時的損耗的驅(qū)動控制方法，使得電路結(jié)構(gòu)簡單，空載時輸出電壓紋波小，容易實現(xiàn)與實用化。與此相應(yīng)的，本實用新型還提供一種降低不對稱半橋反激變換器在輸出輕載和空載時的損耗的驅(qū)動控制電路。就產(chǎn)品主題而言，本實用新型提供一種驅(qū)動控制電路，適用于開關(guān)變換器的驅(qū)動控制，包括驅(qū)動控制模塊，用于晶體管的驅(qū)動控制，晶體管包括主開關(guān)管和/或鉗位開關(guān)管，還包括輕載檢測控制電路，輕載檢測控制電路，包括反饋信號控制模塊和頻率控制模塊，反饋信號控制模塊檢測開關(guān)變換器的輸出負(fù)載，比較開關(guān)變換器的輸出負(fù)載信號是否低于設(shè)定的負(fù)載點，并將檢測值的比較結(jié)果輸出給頻率控制模塊；頻率控制模塊按照比較結(jié)果來進(jìn)行驅(qū)動控制模塊的工作頻率的維持/提高設(shè)置；即如不是輕載，則驅(qū)動控制模塊的工作頻率維持不變；如是輕載，則提高驅(qū)動控制模塊的工作頻率。優(yōu)選的，所述驅(qū)動控制模塊為驅(qū)動控制芯片，包括頻率調(diào)節(jié)端，頻率調(diào)節(jié)端通過電阻Rt接地，用以通過電阻Rt設(shè)置驅(qū)動控制模塊的工作頻率；所述頻率控制模塊包括電阻R1和開關(guān)S，反饋信號控制模塊包括比較器U1，電阻R1與開關(guān)S串聯(lián)連接形成電阻R1支路，電阻R1支路與電阻Rt并聯(lián)連接，當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果是低于設(shè)定負(fù)載點的輕載狀態(tài)時，比較器U1控制開關(guān)S導(dǎo)通，使電阻Rt與電阻R1并聯(lián)，用以減小頻率調(diào)節(jié)端的阻值，進(jìn)而提高驅(qū)動控制模塊的工作頻率。優(yōu)選的，所述驅(qū)動控制模塊為驅(qū)動控制芯片，包括頻率調(diào)節(jié)端，頻率調(diào)節(jié)端通過電阻Rt接地，用以通過電阻Rt設(shè)置驅(qū)動控制模塊的工作頻率；所述頻率控制模塊包括電阻R1和開關(guān)S，反饋信號控制模塊包括比較器U1，電阻R1與開關(guān)S串聯(lián)連接形成電阻R1支路，電阻R1支路與電阻Rt并聯(lián)連接，當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果是低于設(shè)定負(fù)載點的輕載狀態(tài)時，比較器U1控制開關(guān)S導(dǎo)通，用以在電阻Rt兩端并入電阻R1來提高設(shè)置的驅(qū)動控制模塊的工作頻率；當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果不是輕載狀態(tài)時，比較器U1控制開關(guān)S斷開。優(yōu)選的，所述輕載檢測控制電路的開關(guān)S為N-MOS管，N-MOS管的柵極與比較器U1的輸出端連接，N-MOS管的漏極串聯(lián)電阻R1，N-MOS管的源極接地。優(yōu)選的，所述輕載檢測控制電路的開關(guān)S，為NPN三極管，NPN三極管的基極通過電阻R2與比較器U1的輸出端連接，NPN三極管的集電極串聯(lián)電阻R1，NPN三極管的發(fā)射極接地。本實用新型還提供一種驅(qū)動控制電路，適用于開關(guān)變換器的驅(qū)動控制，包括驅(qū)動控制模塊，用于晶體管的驅(qū)動控制，晶體管包括主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管，還包括輕載檢測控制電路，其中，驅(qū)動控制模塊為驅(qū)動控制芯片，包括頻率調(diào)節(jié)端，頻率調(diào)節(jié)端通過電阻Rt接地，用以通過電阻Rt設(shè)置驅(qū)動控制模塊的工作頻率；輕載檢測控制電路，包括反饋信號控制模塊和頻率控制模塊，頻率控制模塊包括電阻R1和開關(guān)S，反饋信號控制模塊包括比較器U1，電阻R1與開關(guān)S串聯(lián)連接形成電阻R1支路，電阻R1支路與電阻Rt并聯(lián)連接，當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果是低于設(shè)定負(fù)載點時，比較器U1控制開關(guān)S導(dǎo)通，使電阻Rt與電阻R1并聯(lián)，用以減小頻率調(diào)節(jié)端的阻值，進(jìn)而提高驅(qū)動控制模塊的工作頻率；當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果不是低于設(shè)定負(fù)載點時，比較器U1控制開關(guān)S斷開，則驅(qū)動控制模塊的工作頻率維持不變。優(yōu)選的，所述輕載檢測控制電路的開關(guān)S，為N-MOS管，N-MOS管的柵極與比較器U1的輸出端連接，N-MOS管的漏極串聯(lián)電阻R1，N-MOS管的源極接地。優(yōu)選的，所述輕載檢測控制電路的開關(guān)S，為NPN三極管，NPN三極管的基極通過電阻R2與比較器U1的輸出端連接，NPN三極管的集電極串聯(lián)電阻R1，NPN三極管的發(fā)射極接地。就控制方法而言，本實用新型提供一種驅(qū)動控制方法，適用于開關(guān)變換器的驅(qū)動控制，包括如下步驟：輕載檢測控制步驟，檢測開關(guān)變換器的輸出負(fù)載，比較開關(guān)變換器的輸出負(fù)載信號是否低于設(shè)定的負(fù)載點，并按照檢測值的比較結(jié)果來進(jìn)行驅(qū)動控制模塊的工作頻率的維持/提高設(shè)置；即如不是輕載，則驅(qū)動控制模塊的工作頻率維持不變；如是輕載，則提高驅(qū)動控制模塊的工作頻率。優(yōu)選的，所述驅(qū)動控制模塊為驅(qū)動控制芯片，包括頻率調(diào)節(jié)端，驅(qū)動控制模塊的工作頻率通過在頻率調(diào)節(jié)端外接電阻Rt來設(shè)置；所述驅(qū)動控制模塊的工作頻率的提高，通過在電阻Rt兩端并入電阻R1來設(shè)置；即工作頻率的提高設(shè)置，通過頻率調(diào)節(jié)電阻由Rt減小為(Rt//R1)，用以實現(xiàn)驅(qū)動控制模塊的工作頻率的提高。就控制方法而言，本實用新型還提供一種驅(qū)動控制方法，適用于不對稱半橋反激變換器，包括如下步驟：(1)判斷不對稱半橋反激變換器的負(fù)載信號是否低于設(shè)定的負(fù)載點；(2)若是，則控制不對稱半橋反激變換器，使其工作于某一相對較高的開關(guān)頻率fs2；(3)若不是，則控制不對稱半橋反激變換器，使其工作于某一相對較低的開關(guān)頻率fs1。所述的fs2與所述的fs1的關(guān)系為，fs2＞fs1。本實用新型所述的控制方法的改進(jìn)思路為：檢測到所述的不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載低于設(shè)定的負(fù)載點時，提高所述的不對稱半橋反激變換器的工作頻率，以降低所述的不對稱半橋反激變換器在輕負(fù)載和空載時的損耗。據(jù)此思路，本實用新型還提供一種驅(qū)動控制電路，用于所述的不對稱半橋反激變換器中，當(dāng)檢測到所述的不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載低于設(shè)定的負(fù)載點時，提高所述的不對稱半橋反激變換器的工作頻率，以降低所述的不對稱半橋反激變換器在輕負(fù)載和空載時的損耗。就產(chǎn)品主題而言，本實用新型還提供一種能夠降低輕負(fù)載和空載時的損耗的不對稱半橋反激變換器，所述的不對稱半橋反激變換器包括反激電路和驅(qū)動控制模塊，所述的反激電路包括原邊電路和副邊輸出整流濾波電路；所述的原邊電路由諧振電容、主開關(guān)管、鉗位開關(guān)管與變壓器的原邊繞組連接而成，所述的副邊輸出整流濾波電路由整流電路、濾波電路連接而成；所述的驅(qū)動控制模塊用于驅(qū)動鉗位開關(guān)管和主開關(guān)管，其特征在于：所述的驅(qū)動控制模塊包括主控制芯片、反饋信號控制模塊、頻率控制模塊；所述的主控制芯片用于產(chǎn)生兩個互補的驅(qū)動電壓信號，包括第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號，并將第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號直接輸出給所述的主開關(guān)管和嵌位開關(guān)管，以控制所述的主開管和嵌位開關(guān)管的開關(guān)動作；所述的反饋信號控制模塊用于接收所述的不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載信號，并根據(jù)所述的負(fù)載信號判斷并輸出反饋控制信號；所述的頻率控制模塊用于接收所述的反饋控制信號，并根據(jù)所述的反饋控制信號調(diào)節(jié)所述的主控制芯片的工作頻率；(1)當(dāng)所述的反饋信號控制模塊檢測到所述的不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載高于設(shè)定的負(fù)載點時，所述的反饋信號控制模塊輸出第一反饋控制信號到所述的頻率控制模塊，使所述的頻率控制模塊輸出第一頻率控制信號，調(diào)節(jié)所述的主控制芯片工作于第一工作頻率fs1；(2)當(dāng)所述的反饋信號控制模塊檢測到所述的不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載低于設(shè)定的負(fù)載點時，所述的反饋信號控制模塊輸出第二反饋控制信號到所述的頻率控制模塊，使所述的頻率控制模塊輸出第二頻率控制信號，調(diào)節(jié)所述的主控制芯片工作于第二工作頻率fs2。所述的第二工作頻率fs2與所述的第一工作頻率fs1的關(guān)系為，fs2＞fs1。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型驅(qū)動控制方法和驅(qū)動控制電路具有如下有益效果：(1)降低了不對稱半橋反激類開關(guān)變換器的空載功耗，提高了輕負(fù)載效率；(2)減小了不對稱半橋反激類開關(guān)變換器的輕負(fù)載和空載時的輸出電壓紋波；(3)使輸出濾波電路的電容可選用體積較小的電容器件，從而減小了不對稱半橋反激類開關(guān)變換器中輸出濾波電路的體積，一定程度上降低了變換器的成本；(4)重負(fù)載的時候能夠最大限度地利用變壓器的磁芯傳輸能量，提高了開關(guān)變換器整機的效率。附圖說明圖1-1為現(xiàn)有不對稱半橋反激變換器的電路原理圖(上管QH為主開關(guān)管，下管QL為嵌位開關(guān)管)；圖1-2為現(xiàn)有不對稱半橋反激變換器的電路原理圖(上管QH為嵌位開關(guān)管，下管QL為主開關(guān)管)；圖2為現(xiàn)有不對稱半橋反激變換器的穩(wěn)態(tài)工作波形(上管QH為主開關(guān)管，下管QL為嵌位開關(guān)管)；圖3-1為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第一實施例的電路原理框圖(上管QH為主開關(guān)管，下管QL為嵌位開關(guān)管)；圖3-2為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第二實施例的電路原理框圖(上管QH為嵌位開關(guān)管，下管QL為主開關(guān)管)；圖4-1為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第三實施例的電路原理圖之一(上管QH為主開關(guān)管，下管QL為嵌位開關(guān)管)；圖4-2為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第三實施例的電路原理圖之二(上管QH為嵌位開關(guān)管，下管QL為主開關(guān)管)；圖4-3為本實用新型第三實施例驅(qū)動控制電路的電路原理圖；圖5-1為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第四實施例的電路原理圖之一(上管QH為主開關(guān)管，下管QL為嵌位開關(guān)管)；圖5-2為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第四實施例的電路原理圖之二(上管QH為嵌位開關(guān)管，下管QL為主開關(guān)管)；圖6為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第五實施例的電路原理圖。具體實施方式為了更好地理解本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)所作出的改進(jìn)，在對本實用新型的五種具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明之前，先對
背景技術(shù)：
部分所提到的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合附圖加以說明，進(jìn)而引出本案的發(fā)明構(gòu)思。現(xiàn)有降低開關(guān)變換器的輕負(fù)載損耗以提升輕負(fù)載效率、降低空載功耗的控制方法主要分為三種：一、跳周期模式；二、降低工作頻率，負(fù)載越輕、電路的工作頻率也越低；直至更輕的負(fù)載時，控制IC使電路工作于跳周期模式；三、降低工作頻率，負(fù)載越輕，電路的工作頻率越低，而在空載時，工作頻率達(dá)到最低?，F(xiàn)以圖1-1所示的電路拓?fù)錇槔?，采用現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動控制方法，做成輸入電壓為110VDC、輸出電壓為48VDC、輸出功率為150W、滿載開關(guān)頻率為300KHz的不對稱半橋反激變換器，實際測試空載時的開關(guān)頻率與空載功耗數(shù)據(jù)見下表1。表1由表1數(shù)據(jù)可知，若采用現(xiàn)有的開關(guān)頻率隨負(fù)載減小而降低的控制方法，不僅不能解決不對稱半橋反激變換器空載功耗大的問題，反而使空載功耗大幅增加。但對于開關(guān)管的損耗，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直認(rèn)為：開關(guān)變換器中開關(guān)管的開關(guān)損耗大于其導(dǎo)通損耗，且開關(guān)損耗隨頻率的提高而增大。鑒于實測數(shù)據(jù)與公知常識的矛盾，針對現(xiàn)有開關(guān)變換器的驅(qū)動控制方法存在的明顯缺點，本發(fā)明人在對不對稱半橋反激變換器進(jìn)行深入研究后，發(fā)現(xiàn)一味的降低開關(guān)頻率、減小開關(guān)損耗，而不考慮負(fù)載與系統(tǒng)損耗的平衡優(yōu)化，就難以平衡單個器件損耗與系統(tǒng)損耗的設(shè)計矛盾。雖然現(xiàn)有技術(shù)對此問題提供了幾種改進(jìn)方案，但不犧牲一個或多個其他參數(shù)的水平，就難以顯著有效地改善產(chǎn)品的輕載效率。本實用新型的具體實施方式，就是針對現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)變換器的驅(qū)動控制電路所作出的改進(jìn)。本實用新型的基本改進(jìn)思路是，通過提高開關(guān)管的工作頻率，以優(yōu)化電路系統(tǒng)在輕載時的整體工作狀態(tài)，來降低系統(tǒng)損耗，進(jìn)而顯著有效地改善開關(guān)變換器的輕載效率。據(jù)此思路，本實用新型首先創(chuàng)新控制方法，一種開關(guān)變換器的驅(qū)動控制方法，包括如下步驟：輕載檢測控制步驟，檢測不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載，比較不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載信號是否低于設(shè)定的負(fù)載點，并按照檢測值的比較結(jié)果來進(jìn)行驅(qū)動控制模塊的工作頻率的維持/提高設(shè)置；即如不是輕載，則驅(qū)動控制模塊的工作頻率維持不變；如是輕載，則提高驅(qū)動控制模塊的工作頻率。再基于此種創(chuàng)新的控制方法，改進(jìn)實現(xiàn)該方法所配套的電路結(jié)構(gòu)，一種開關(guān)變換器的驅(qū)動控制電路，包括驅(qū)動控制模塊，用于晶體管的驅(qū)動控制，晶體管包括主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管，其特征在于：還包括輕載檢測控制電路，輕載檢測控制電路，包括反饋信號控制模塊和頻率控制模塊，反饋信號控制模塊檢測開關(guān)變換器的輸出負(fù)載，比較開關(guān)變換器的輸出負(fù)載信號是否低于設(shè)定的負(fù)載點，并將檢測值的比較結(jié)果輸出給頻率控制模塊；頻率控制模塊按照比較結(jié)果來進(jìn)行驅(qū)動控制模塊的工作頻率的維持/提高設(shè)置；即如不是輕載，則驅(qū)動控制模塊的工作頻率維持不變；如是輕載，則提高驅(qū)動控制模塊的工作頻率。本實用新型通過打破現(xiàn)有公知常識對開關(guān)變換器中關(guān)鍵器件開關(guān)管損耗的一貫認(rèn)知，重新從系統(tǒng)的角度對整體電路進(jìn)行功能分析和再設(shè)計，將現(xiàn)有驅(qū)動控制模塊與外接電路進(jìn)行巧妙地連接，以借助外接的輕載檢測控制電路簡單、便捷地實現(xiàn)對開關(guān)變換器工作頻率提高的切換控制，進(jìn)而顯著有效地實現(xiàn)對開關(guān)變換器產(chǎn)品輕載效率的改善。下面分別結(jié)合附圖，以對實現(xiàn)此發(fā)明構(gòu)思的五種具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。第一實施例圖3-1示出了本實用新型第一實施例的不對稱半橋反激變換器的電路原理框圖，本實用新型是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上對控制策略進(jìn)行的一次改進(jìn)，在此稱為輕載升頻控制模式的不對稱半橋反激變換器。如圖3-1所示，輕載升頻控制模式的不對稱半橋反激變換器包括反激電路和驅(qū)動控制電路；反激電路包括原邊電路和副邊輸出整流濾波電路，原邊電路由濾波電容Cin、諧振電容Cr、主開關(guān)管QH、鉗位開關(guān)管QL與變壓器T的原邊繞組連接而成；副邊輸出整流濾波電路由整流二極管D、濾波電容Cout連接而成；驅(qū)動控制電路包括驅(qū)動控制模塊、反饋信號控制模塊、頻率控制模塊，驅(qū)動控制模塊采用主控制芯片，用于驅(qū)動主開關(guān)管QH和嵌位開關(guān)管QL；主控制芯片用于產(chǎn)生兩個互補的第一驅(qū)動信號VgsH和第二驅(qū)動信號VgsL，并將第一驅(qū)動信號VgsH和第二驅(qū)動信號VgsL直接輸出給主開關(guān)管QH和嵌位開關(guān)管QL，以控制主開管QH和嵌位開關(guān)管QL的開關(guān)動作；反饋信號控制模塊用于接收負(fù)載信號，并根據(jù)負(fù)載信號判斷并輸出反饋控制信號；頻率控制模塊用于接收反饋控制信號，并根據(jù)反饋控制信號輸出頻率控制信號，以調(diào)節(jié)主控制芯片的工作頻率，從而調(diào)節(jié)不對稱半橋反激變換器的工作頻率。本實用新型第一實施例的工作原理如下：(1)當(dāng)反饋信號控制模塊檢測到不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載高于設(shè)定的負(fù)載點時，反饋信號控制模塊輸出第一反饋控制信號到頻率控制模塊，頻率控制模塊輸出第一頻率控制信號，調(diào)節(jié)主控制芯片工作于第一工作頻率fs1；(2)當(dāng)反饋信號控制模塊檢測到不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載低于設(shè)定的負(fù)載點時，反饋信號控制模塊輸出第二反饋控制信號到頻率控制模塊，頻率控制模塊輸出第二頻率控制信號，調(diào)節(jié)主控制芯片工作于第二工作頻率fs2，并使fs2＞fs1。值得說明的是：(1)現(xiàn)有技術(shù)通常是通過檢測輸出電壓的變化來控制變換器的工作頻率，輸出電壓的變化可能是由輸入電壓、輸出負(fù)載和占空比等變化引起的；而本實用新型是通過檢測變換器輸出負(fù)載的變化來控制變換器的工作頻率；(2)現(xiàn)有技術(shù)的控制方法通常是在任意脈沖周期結(jié)束時刻檢測輸出電壓，根據(jù)輸出電壓的變化來確定變換器工作于較低或較高的開關(guān)頻率，而本實用新型的控制方法是將負(fù)載信號與設(shè)定的負(fù)載進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來確定變換器工作于較低或較高的開關(guān)頻率；(3)現(xiàn)有技術(shù)通常的控制方法為，當(dāng)變換器的輸出負(fù)載減輕導(dǎo)致輸出電壓上升時，控制變換器以低頻脈沖工作(即降低開關(guān)頻率)從而降低輸出電壓；變換器的輸出負(fù)載加重導(dǎo)致輸出電壓降低時，控制變換器以高頻脈沖工作(即提高開關(guān)頻率)從而提高輸出電壓；而本實用新型的控制方法則與此相反，即當(dāng)變換器的輸出負(fù)載減輕時，提高開關(guān)頻率以降低輕載損耗；當(dāng)變換器的輸出負(fù)載加重時，降低開關(guān)頻率從而最大限度地利用變壓器的磁芯傳輸能量，提高變換器的整機效率。采用本實用新型第一實施例的控制方法和控制電路，可有效降低不對稱半橋反激變換器在輕載和空載時的損耗，提高輕負(fù)載效率；且開關(guān)頻率的提高可使變換器在輕載和空載時的輸出電壓紋波減小，輸出濾波器件減少，使得輸出濾波電路的體積和成本都有所減?。欢?dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載高于設(shè)定的負(fù)載點時，變換器以較低的開關(guān)頻率工作，變壓器磁芯可工作于較大的磁通密度，變換器便可最大限度地利用磁芯傳輸能量，使得整機效率提高。第二實施例如圖3-2所示，為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第二實施例的電路原理框圖，與實施例一不同的是，上管QH為鉗位開關(guān)管、下管QL為主開關(guān)管，兩種電路的控制效果相似，只是各模塊的連接位置相應(yīng)的對調(diào)而已。第三實施例如圖4-1所示，為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器的第三實施例的電路，是本實用新型第一實施例的具體實現(xiàn)電路，虛線框401部分為本實用新型第三實施例的驅(qū)動控制電路，同圖4-3所示，一種驅(qū)動控制電路，包括驅(qū)動控制模塊和輕載檢測控制電路，驅(qū)動控制模塊用于晶體管的驅(qū)動控制，晶體管包括主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管，其中，驅(qū)動控制模塊采用主控制芯片，包括頻率調(diào)節(jié)端RT，頻率調(diào)節(jié)端RT通過電阻Rt接地，用以通過電阻Rt設(shè)置主控制芯片IC的工作頻率；輕載檢測控制電路，包括反饋信號控制模塊和頻率控制模塊，頻率控制模塊包括電阻R1和開關(guān)S，反饋信號控制模塊包括比較器U1，電阻R1與開關(guān)S串聯(lián)連接形成電阻R1支路，電阻R1支路與電阻Rt并聯(lián)連接，當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果是低于設(shè)定負(fù)載點時，比較器U1控制開關(guān)S導(dǎo)通，使電阻Rt與電阻R1并聯(lián)，用以減小頻率調(diào)節(jié)端RT的阻值，進(jìn)而提高主控制芯片IC的工作頻率；當(dāng)比較器U1的比較結(jié)果不是低于設(shè)定負(fù)載點時，比較器U1控制開關(guān)S斷開，則主控制芯片IC的工作頻率維持不變。在本實用新型第三實施例的不對稱半橋反激變換器中，IC選用LM5021作為主控制芯片，S為受控開關(guān)。IC的3腳VCC為控制IC的供電引腳，1腳Comp為其內(nèi)部電壓誤差比較放大器的輸出端，反映變換器輸出電壓的變化，在本實用新型第三實施例中，Comp腳電壓Vcomp隨不對稱半橋反激變換器輸出負(fù)載的增大而增大，并隨不對稱半橋反激變換器輸出負(fù)載的減小而減小；4腳OUT腳為驅(qū)動電壓信號的輸出引腳，該引腳輸出PWM信號以驅(qū)動開關(guān)管；7腳RT引腳為頻率調(diào)節(jié)引腳，該引腳外接一只電阻RT以調(diào)節(jié)4腳OUT引腳輸出的PWM信號的開關(guān)頻率fs，頻率調(diào)節(jié)電阻RT與開關(guān)頻率fs的關(guān)系為，fs＝6630/RT(式中，RT的單位為KΩ，fs的單位為KHz)；5腳為IC的接地引腳。ICLM5021的1腳Comp腳與電阻R10、電容C10、光耦OC1的連接關(guān)系為開關(guān)變換器常用的連接方式，本實用新型不做討論。在本實用新型第三實施例的不對稱半橋反激變換器中，ICLM5021的Comp腳連接比較器U1的反向輸入端，與連接至比較器U1同相輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，以控制受控開關(guān)S的開通與關(guān)斷。本實用新型第三實施例的不對稱半橋反激變換器的具體工作原理如下：(1)當(dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載大于設(shè)定的負(fù)載點時，控制IC的Comp腳電壓Vcomp相對較高，即Vcomp＞Vref，則比較器U1輸出低電平，受控開關(guān)S保持關(guān)斷，僅由電阻Rt調(diào)節(jié)IC的開關(guān)頻率，此時，不對稱半橋反激變換器以開關(guān)頻率fs1工作，即fs1＝6630/Rt；(2)當(dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載小于設(shè)定的負(fù)載點時，控制IC的Comp腳電壓Vcomp相對較低，即Vcomp＜Vref，則比較器U1輸出高電平，受控開關(guān)S保持導(dǎo)通，受控電阻R1與電阻Rt并聯(lián)后共同調(diào)節(jié)IC的開關(guān)頻率，此時，不對稱半橋反激變換器以開關(guān)頻率fs2工作，即fs2＝6630/(Rt//R1)；當(dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載低于設(shè)定的負(fù)載點時，受控開關(guān)S導(dǎo)通，等效的頻率調(diào)節(jié)電阻RT由Rt減小為(Rt//R1)，實現(xiàn)了開關(guān)頻率的提高，以提升輕負(fù)載效率和降低空載功耗。需要說明的是，基準(zhǔn)電壓Vref的設(shè)定值等于不對稱半橋反激變換器工作于設(shè)定負(fù)載點時所對應(yīng)的Comp腳電壓值。圖4-2為本實用新型第三實施例的不對稱半橋反激變換器的另一種電路，與圖4-1所示電路不同的是，上管QH為鉗位開關(guān)管、下管QL為主開關(guān)管，圖4-2所示電路與圖4-1所示電路的工作原理和控制效果相似，只是各模塊的連接位置相應(yīng)的對調(diào)而已，在此不再贅述。第四實施例如圖5-1所示，為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第四實施例的電路，是本實用新型第三實施例的更加具體的實現(xiàn)電路，虛線框501部分為驅(qū)動控制電路。與本實用新型第三實施例中圖4-1所示的電路相比，圖5-1所示電路的不同之處在于，將受控開關(guān)S更換為一只N-MOS管Q1，電路工作原理和工作模式與圖4-1所示的電路基本相同。本實用新型第四實施例的不對稱半橋反激變換器的具體工作原理如下：(1)當(dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載大于設(shè)定的負(fù)載點時，控制IC的Comp腳電壓Vcomp相對較高，即Vcomp＞Vref，則比較器U1輸出低電平，受控開關(guān)N-MOS管Q1保持關(guān)斷，僅由電阻Rt調(diào)節(jié)IC的開關(guān)頻率，此時，不對稱半橋反激變換器以開關(guān)頻率fs1工作，即fs1＝6630/Rt；(2)當(dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載小于設(shè)定的負(fù)載點時，控制IC的Comp腳電壓Vcomp相對較低，即Vcomp＜Vref，則比較器U1輸出高電平，受控開關(guān)N-MOS管Q1保持導(dǎo)通，受控電阻R1與電阻Rt并聯(lián)后共同調(diào)節(jié)IC的開關(guān)頻率，此時，不對稱半橋反激變換器以開關(guān)頻率fs2工作，即fs2＝6630/(Rt//R1)；當(dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載低于設(shè)定的負(fù)載點時，受控開關(guān)N-MOS管Q1導(dǎo)通，等效的頻率調(diào)節(jié)電阻RT由Rt減小為(Rt//R1)，實現(xiàn)了開關(guān)頻率的提高，以提升輕負(fù)載效率和降低空載功耗。需要說明的是，基準(zhǔn)電壓Vref的設(shè)定值等于不對稱半橋反激變換器工作于設(shè)定負(fù)載點時所對應(yīng)的Comp腳的電壓值?，F(xiàn)使用本實用新型第四實施例中圖5-1電路拓?fù)浜万?qū)動控制電路，做成輸入電壓為110VDC、輸出電壓為48VDC、輸出功率為150W、開關(guān)頻率為300KHz的輕載升頻控制模式的不對稱半橋反激變換器樣品，電阻Rt取值為22KΩ。為了說明本實用新型第四實施例的不對稱半橋反激變換器的有益效果，用作對比的現(xiàn)有技術(shù)的不對稱半橋反激變換器樣品采用了相同的電路參數(shù)：包括變壓器T，變壓器T由磁芯和相應(yīng)的線圈繞組兩部分組成，線圈繞組包括原邊繞組Np、副邊繞組Ns和輔助繞組Nf，輔助繞組用作輔助電源，用以給主控制IC供電；線圈繞組由PCB鋪銅后蝕刻而成，即變壓器T做成本專業(yè)領(lǐng)域熟知的平面變壓器；磁芯使用EIR20磁芯；變壓器各繞組的圈數(shù)分別為Np＝5，Ns＝8，Nf＝2；主開關(guān)管QH和嵌位開關(guān)管QL使用N-MOS管；輸出整流二極管使用肖特基二極管；輸出濾波電路采用Pi(π)型濾波；主控制IC使用LM5021，該IC的最高工作頻率可達(dá)1MHz。對上述參數(shù)的不對稱半橋反激變換器未使用本實用新型的驅(qū)動控制方法對空載功耗和輕負(fù)載效率進(jìn)行優(yōu)化時，現(xiàn)有技術(shù)的不對稱半橋反激變換器樣品的空載功耗實測如表2-1所示，輕負(fù)載效率實測如表2-2所示。表2-1規(guī)格名稱測試數(shù)據(jù)輸入電壓(VDC)110輸出空載時的開關(guān)頻率(KHz)303空載功耗(W)9.08表2-2對上述不對稱半橋反激變換器樣品使用本實用新型第四實施例所示的驅(qū)動控制電路，如圖5-1所示，其中，基準(zhǔn)電壓Vref通過輔助電源和電阻分壓得到，并設(shè)定Vref＝2.2V；電阻R1使用可調(diào)電阻器。對比使用現(xiàn)有技術(shù)和本實用新型第四實施例所示的控制電路，實測由本實用新型第四實施例所示的驅(qū)動控制電路所制作的不對稱半橋反激變換器樣品的空載功耗和對應(yīng)的開關(guān)頻率的數(shù)據(jù)如表3所示，實測由本實用新型第四實施例所示的驅(qū)動控制電路所制作的不對稱半橋反激變換器樣品的輕負(fù)載效率和對應(yīng)的開關(guān)頻率數(shù)據(jù)如表4所示。表3表4從表3中的對比測試數(shù)據(jù)可以明顯看出，使用本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第四實施例的驅(qū)動控制方法和驅(qū)動控制電路，將不對稱半橋反激變換器的空載開關(guān)頻率由303KHz提升至630KHz、110VDC輸入時，不對稱半橋反激變換器的空載功耗由9.08W顯著降低至4.5W。從表4中的對比測試數(shù)據(jù)可以明顯看出，使用本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第四實施例的驅(qū)動控制方法和驅(qū)動控制電路，將不對稱半橋反激變換器在輕負(fù)載時的開關(guān)頻率由303KHz提升至427KHz，在110VDC輸入時，本實用新型的不對稱半橋反激變換器在50％及以下負(fù)載時的效率都有顯著提高。很顯然，采用本實用新型第四實施例的驅(qū)動控制方法和驅(qū)動控制電路，可顯著降低不對稱半橋反激變換器在輕載和空載時的損耗，提高輕負(fù)載效率；且開關(guān)頻率的提高減小了不對稱半橋反激變換器在輕載和空載時的輸出電壓紋波，進(jìn)而減小了輸出濾波電容的容量，使得輸出濾波電路的體積和成本都有所減?。欢?dāng)不對稱半橋反激變換器的輸出負(fù)載高于設(shè)定的負(fù)載點時，變換器以較低的開關(guān)頻率(如：300KHz)工作，變壓器磁芯可工作于更大的磁通密度，變換器便可最大限度地利用磁芯傳輸能量，使得變換器的整機效率提高。圖5-2為本實用新型第四實施例輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器的另一種電路，與圖5-1所示電路的不同之處在于，上管QH為鉗位開關(guān)管、下管QL為主開關(guān)管，圖5-2所示電路與圖5-1所示電路的工作原理和控制效果相似，只是各模塊的連接位置相應(yīng)的對調(diào)而已，在此不再贅述。第五實施例如圖6所示，為本實用新型輕載升頻控制模式不對稱半橋反激變換器第六實施例的電路原理圖，同樣是本實用新型第三實施例的更加具體的實現(xiàn)電路，虛線框601部分為驅(qū)動控制電路。與本實用新型第三實施例中圖4-1所示電路相比，本實用新型第五實施例中圖6所示電路的不同之處在于，將受控開關(guān)S更換為一只限流電阻R2和一只NPN三極管TR1。本實用新型第五實施例中，電阻R2的作用是限制流入NPN三極管TR1基極的電流，電路工作原理和實施效果與本實用新型第四實施例相比沒有明顯差異，在此不再贅述。上述驅(qū)動控制方法和驅(qū)動控制電路，除了應(yīng)用于不對稱半橋反激變換器之外，還適用于變壓器的磁芯工作于第一、三象限的電路拓?fù)洌缯び性辞段?或有源去磁正激)、推挽、半橋、全橋類開關(guān)變換器。以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本實用新型的限制，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，例如，將上述實施例中的受控開關(guān)S更改為P-MOS管或PNP三極管，將比較器U1的兩個輸入端與相應(yīng)的連接電路互換，變更負(fù)載信號的采樣方式，變更驅(qū)動控制電路的應(yīng)用電路拓?fù)涞鹊?，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍，這里不再用實施例贅述，本實用新型的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3