适用于一主动钳位反驰式电源转换器的控制方法

摘要

本发明实施例提供一种控制方法，适用于一主动钳位反驰式电源转换器，其具有一主动钳位电路，并联于一主绕组，以及一下臂开关，其与该主绕组串接于两电源线之间，该主动钳位电路包含有串接的一上臂开关以及一电容，该控制方法包含有：关闭该下臂开关；提供一遮蔽信号，可定义一遮蔽时间，其决定一最大开关频率；检测该主绕组之一解磁时间是否结束；以及，在一开关周期内，当该下臂开关关闭时，开启该上臂开关至少两次，产生多个上臂开启时间。该多个上臂开启时间其中之一紧随或大约于该解磁时间结束时开始，且该多个上臂开启时间其中之另一开始于该遮蔽时间结束后。

说明书

技术领域

本发明关于主动钳位反驰式电源转换器，尤其关于让主动钳位反驰式电源转换器操作于非互补模式的一种控制方法。

背景技术

反驰式电源转换器(flyback power converter)已经是广泛的使用于许多电子产品的电源供应器中，举例来说，像是家电、计算机、电池充电器等等。为了提升电能转换效能，主动钳位(active-clamp)电路用来改善了一般反驰式电源转换器的缓冲器(snubber)的能量损耗的问题。一般具有主动钳位电路的反驰式电源转换器，称为主动钳位反驰式(active clamp flyback，ACF)电源转换器，简称为ACF电源转换器。ACF电源转换器具有两个主要的功率开关。一个是位于主动钳位电路内的上臂开关，另一个是一般反驰式电源转换器也有的下臂开关。

已知技术中，ACF电源转换器的一种控制方法称为互补式控制，大致使得上臂开关与下臂开关的开关状态互补(complementary)，并同时提供空白时间(dead time)以避免短路穿透(short through)现象。互补式控制可以使得上臂开关与下臂开关都实现零电压切换(zero-voltage switching，ZVS)。在重载情形下，互补式控制可以使ACF电源转换器达到优异的电能转换效能。但是在轻载情形下，因为主绕组中大量的循环电流(circulatedcurrent)，互补式控制将使得ACF电源转换器的电能转换效能大幅下降。

发明内容

本发明实施例提供一种控制方法，适用于一主动钳位反驰式电源转换器，其具有一主动钳位(active-clamp)电路，并联于一主绕组，以及一下臂开关，其与该主绕组串接于两电源线之间，该主动钳位电路包含有串接的一上臂开关以及一电容，该控制方法包含有：关闭该下臂开关；提供一遮蔽信号，可定义一遮蔽时间，其决定一最大开关频率；检测该主绕组的一解磁时间是否结束；以及，在一开关周期内，当该下臂开关关闭时，开启该上臂开关至少两次，产生多个上臂开启时间。该多个上臂开启时间其中之一紧随或大约于该解磁时间结束时开始，且该多个上臂开启时间其中之另一开始于该遮蔽时间结束后。

附图说明

图1为依据本发明所实施的ACF电源转换器10；

图2显示适用于电源控制器14的控制方法100；

图3A显示步骤108中的第1程序，其执行于遮蔽时间T

图3B显示控制方法100执行步骤108时的一些信号波形；

图4A显示步骤112中的第2程序，其执行于解磁时间T

第4B与4C图显示控制方法100执行步骤112时，可能产生的一些信号波形；

图5A显示步骤308，可以取代中图2中的步骤108；以及

图5B显示控制方法100执行步骤308时，可能产生的一些信号波形。

具体实施方式

以下本发明实施例以一返驰式开关式电源转换器作为例子来说明本发明，但本发明并不限于此。本发明的实施例可以是其他种类的开关式电源转换器。此说明书所揭示的实施例并没有要用来局限本发明的权利范围。

本发明的一实施例以非互补式控制来控制ACF电源转换器中的上臂开关与下臂开关。下臂开关大致依循了准谐振(Quasi-Resonant mode，QR mode)模式控制来操作，而产生多个开关周期。在每个开关周期中上臂开关则开启至少两次，产生两个上臂开启时间。一个上臂开启时间紧接于变压器的解磁时间结束时，另一个上臂开启时间则位于控制最大开关频率的遮蔽时间结束后。两个上臂开启时间的最后一个可以设计来使得下臂开关实现零电压切换(zero-voltage switching，ZVS)，提高ACF电源转换器的电能转换效能。

图1为依据本发明所实施的ACF电源转换器10，供电给负载13。ACF电源转换器10具有变压器TF、主动钳位电路ACC、下臂开关LSS、电流检测电阻RCS、以及电源控制器14。变压器TF有电感相互耦合的主绕组LP、次级绕组LS与辅助绕组LA。变压器TF的主绕组LP、下臂开关LSS与电流检测电阻RCS串接于输入电源线IN与输入接地线GNDI之间。当下臂开关LSS导通时，电流检测电压V

电源控制器14通过上臂开关HSS与下臂开关LSS的开关，使得流过主绕组LP的电流产生变化，也使得位于次级的次级绕组LS通过电感性感应，产生了交流电压/电流。整流次级绕组LS上的交流电压/电流可以提供输出电源线OUT以及输出接地线GNDO。输出电源线OUT上的输出电压V

补偿电容CCOMP上的补偿信号V

电源控制器14可以是一集成电路。电源控制器14以电流检测电压V

图2显示适用于电源控制器14的控制方法100。步骤110开启下臂开关LSS，开始一开关周期。经过一段下臂开启时间T

在下臂开启时间T

当一开关周期一开始时，或是下臂开关LSS关闭时，电源控制器14内部会产生遮蔽信号S

步骤104与106持续检查检测遮蔽时间T

当第1程序或第2程序结束后，也就是一个开关周期结束，图2的控制方法100回到步骤110，开始下一个开关周期。

图3A显示步骤108中的第1程序，其执行于遮蔽时间T

在图3B中，一开关周期T

电源控制器14依据补偿信号V

紧接下臂开启时间T

在图3B中，明显的，遮蔽时间T

步骤122跟随了步骤120，第1次短暂的开启上臂开关HSS。在图3B，控制信号DRV

脉冲PS1

图3A的步骤124跟在步骤122之后，等待电感TF放电完毕，也就是等待解磁时间T

图3A的步骤126跟在步骤124之后，第2次短暂的开启上臂开关HSS，以使下臂开关LSS实现ZVS。图3B中，紧接在解磁时间T

本发明的一实施例中，每个下臂开启时间T

跟在步骤126之后，步骤128结束第1程序。

图3B以及相关的说明可知，开关周期T

图4A显示步骤112中的第2程序，其执行于解磁时间T

第4B与4C图跟图3B相似或相同之处，可以通过先前关于图3B的说明而得知，为简洁的目的，不再重述。

相比于图3B中的衰减信号V

从图4B可知，解磁时间T

步骤132跟随了步骤130，第1次短暂的开启上臂开关HSS。在图4B，控制信号DRV

图4A的步骤134跟在步骤132之后，等待遮蔽时间T

图4A的步骤136等待接点电压V

图4A的步骤138跟在步骤136之后，第2次短暂的开启上臂开关HSS，可以使下臂开关LSS实现ZVS。当发现信号波峰SP

跟在步骤138之后，步骤140结束第2程序。

图4B以及相关的说明可知，开关周期T

尽管在图4B中，脉冲PS2

相比于图4B中的衰减信号V

如同图4C所示，控制信号DRV

图4C中，遮蔽时间T

图5A显示步骤308，在一些实施例中，可以取代中图2中的步骤108，用来执行另一种第1程序。图5B显示控制方法100执行步骤308时，可能产生的一些信号波形。从上到下，图5B显示控制信号DRV

图5B跟图3B相似或相同之处，可以通过先前关于图3B的说明而得知，为简洁的目的，不再重述。

在图5B中，明显的，遮蔽时间T

图5A的步骤322跟在步骤320之后，等待解磁时间T

步骤324跟随了步骤322，第1次短暂的开启上臂开关HSS。在图5B，控制信号DRV

脉冲PS4

图5A的步骤326跟在步骤324之后，第2次短暂的开启上臂开关HSS，以使下臂开关LSS实现ZVS。图5B中，在脉冲PS4

跟在步骤326之后，步骤328结束第1程序。

图5B以及相关的说明可知，开关周期T

尽管图3B、图4B、图4C、图5B中，每个开关周期都只有两个上臂开启时间，但本发明不限于此。在其他实施例中，一开关周期可以具有两个以上的上臂开启时间。

从图3B、图4B、图4C、图5B也可得知，下臂开关LSS大致依循了QR模式控制来操作。在本发明的实施例中，可以跟QR模式一样，使得下臂开关LSS大约都在电压V

在本发明的实施例中，步骤106、124、322可以说是大约在解磁时间T

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

[符号说明]

10 ACF电源转换器

13 负载

14 电源控制器

100 控制方法

102、104、106、108、110、112、120、122、124、126、128、130、132、

134、136、138、140、308、320、322、324、

326、328

步骤

ACC 主动钳位电路

CAC 电容

CCOMP 补偿电容

DRV

FB 回馈端

GNDI 输入接地线

GNDO 输出接地线

HSS 上臂开关

IN 输入电源线

I

LA 辅助绕组

LSS 下臂开关

LP 主绕组

LS 次级绕组

OUT 输出电源线

PS1

RA、RB 电阻

RCS 电流检测电阻

S

SP

SV

t1 时间点

T

T

T

TF 变压器

T

V

V

V

V

V

V

V

V

V