專利名稱：交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器控制方法，特別是指應(yīng)用于電源 供應(yīng)器的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著電源技術(shù)的迅速發(fā)展，市場對于服務(wù)器電源和通信電源的效率(包括 滿載和輕載時的效率)、可靠度、以及功率密度等性能都提出了更高的需求。 在形式多樣的轉(zhuǎn)換器當(dāng)中，交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器由于所具有的諸多優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用；諸如變壓器初級側(cè)不存在橋式電路的直通問題使得可 靠度變高、開關(guān)管在一半的輸入電壓下進(jìn)行開關(guān)使得開關(guān)損耗較小、對稱式 的架構(gòu)使得其電磁干擾(EMI)噪聲較小、變壓器次級側(cè)的等效頻率是初級側(cè) 的兩倍而能夠減小其次級側(cè)所連接的濾波電感的體積等等。請參閱圖1，其為傳統(tǒng)的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的電路圖。其中，交錯 式雙管正激轉(zhuǎn)換器10主要由四個開關(guān)S1 S4、四個初級側(cè)二極管D1 D4、 二個變壓器T1 T2、次級側(cè)的二個整流二極管D5 D6和一個續(xù)流二極管D7、 以及輸出端的濾波電感L及濾波電容C(二者形成一濾波電路)所構(gòu)成。此外， 輸入端連接于一輸入電壓源Vin，其一般為前一級轉(zhuǎn)換器的輸出；開關(guān)S1 S4 由功率半導(dǎo)體組件所構(gòu)成，圖中以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 來表示;至于變壓器T1、 T2的初級、次級側(cè)線圈匝數(shù)比則均為N: 1。圖2為針對圖1的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的 時序圖，其中橫軸為時間，縱軸為各晶體管開關(guān)的導(dǎo)通(ON)/關(guān)閉(OFF)狀態(tài)。 圖3則為在配合圖2的控制方法的情形下、圖1的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器中 各變壓器與其次級側(cè)各二極管的電壓波形圖。要注意的是，圖2中的各時刻 點to t4完全對應(yīng)于圖3中的各時刻點。以下同時參考圖2與圖3說明圖1的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的運作原理。在to時刻，晶體管開關(guān)S1和S2導(dǎo)通，次級側(cè)的整流二極管D5導(dǎo)通，
輸入電壓源Vin通過變壓器Tl向輸出端(負(fù)載)傳送能量。在t,時刻，開關(guān)Sl和S2同時關(guān)閉，此時次級側(cè)的整流二極管D5承受 反向電壓、發(fā)生反向恢復(fù)后截止，于是次級側(cè)的續(xù)流二極管D7導(dǎo)通；同時， 初級側(cè)的高壓續(xù)流二極管Dl和D2導(dǎo)通，變壓器在一Vin電壓的作用下復(fù)位。 此時，流經(jīng)整流二極管D5的電流便轉(zhuǎn)移到續(xù)流二極管D7，而當(dāng)激磁電流減 小至零時，二極管D1和D2電流便自然過零而截止。在t2時刻，另一路轉(zhuǎn)換器的晶體管開關(guān)S3和S4導(dǎo)通，整流二極管D6 導(dǎo)通，次級側(cè)的續(xù)流二極管D7承受反向電壓、發(fā)生反向恢復(fù)后截止，流經(jīng) 續(xù)流二極管D7的電流轉(zhuǎn)到整流二極管D6。此時，整流二極管D5所承受的 最高反向電壓為2Vin/N+Vspike;其中V一ke為續(xù)流二極管D7反向恢復(fù)所產(chǎn)生 的電壓峰值。在上述針對圖2所示的傳統(tǒng)控制模式所進(jìn)行的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的 工作原理分析中，可以看出當(dāng)晶體管開關(guān)S1、 S2關(guān)閉時，負(fù)載電流由整流 二極管D5轉(zhuǎn)移到續(xù)流二極管D7，而在晶體管開關(guān)S3、 S4導(dǎo)通時，負(fù)載電 流則由續(xù)流二極管D7轉(zhuǎn)移到整流二極管D6。由此可知，在一個完整的工作 周期內(nèi)，次級側(cè)二極管一共發(fā)生了四次的反向恢復(fù)，其中兩次由整流二極管 D5和D6產(chǎn)生，另外兩次則由續(xù)流二極管D7產(chǎn)生。因此，在圖1的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器中使用圖2的控制方法，會在變 壓器次級側(cè)的二極管上因為反向恢復(fù)而產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗，使得轉(zhuǎn)換器10 整體的效率降低。請參閱圖4，其為日本特開平10-4680號案件所揭示的另一種交錯式雙 管正激轉(zhuǎn)換器的電路圖，與圖1相比，交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器40中省去了 續(xù)流二極管D7，后面將會敘述其原因。圖5則為針對圖4的交錯式雙管正 激轉(zhuǎn)換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的時序圖，以下參考圖5說明圖4的交 錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的運作原理。與圖2的控制模式不同之處在于在圖5的控制模式中，晶體管開關(guān)S1 和S3不再分別與S2和S4同時開關(guān)，而是將其導(dǎo)通與關(guān)閉的時刻分別控制 于晶體管開關(guān)S2和S4導(dǎo)通與關(guān)閉的之前和之后，如圖5所示。在to時刻之前，晶體管開關(guān)S1處于導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管開關(guān)S2處于關(guān)閉 狀態(tài)。在to時刻晶體管開關(guān)S2導(dǎo)通，整流二極管D5導(dǎo)通，輸入電壓源Vin 向輸出端(負(fù)載)傳遞能量。在"時刻，晶體管開關(guān)S2關(guān)閉，但晶體管開關(guān)S1仍然導(dǎo)通，初級側(cè)的 續(xù)流二極管Dl導(dǎo)通，折算到初級側(cè)的負(fù)載電流與激磁電流沿著晶體管開關(guān) Sl、變壓器T1及二極管D1續(xù)流，而負(fù)載電流仍然流經(jīng)整流二極管D5。在t2時刻，晶體管開關(guān)S3導(dǎo)通，到了t3時刻，晶體管開關(guān)S1關(guān)閉，初 級側(cè)的續(xù)流二極管D1、 D2導(dǎo)通，變壓器T1初級側(cè)的電壓變?yōu)橄抡县?fù)；在 這個反向電壓的作用下，流經(jīng)二極管D5的負(fù)載電流轉(zhuǎn)到整流二極管D6，當(dāng) 流經(jīng)二極管D5的電流減小到零時二極管D5反向恢復(fù)之后截止。同時折算 到初級側(cè)的負(fù)載電流流經(jīng)變壓器T2、初級側(cè)續(xù)流二極管D3以及晶體管開關(guān) S3。在t4時刻，晶體管開關(guān)S4導(dǎo)通，初級側(cè)的續(xù)流二極管D3承受了 Vin的 反向電壓，使得二極管D3在發(fā)生反向恢復(fù)后截止；輸入電壓源Vin經(jīng)變壓 器T2向次級側(cè)傳輸能量。通過上述對于圖4及圖5所示的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的工作原理的分 析，可以看出通過改變了圖2的傳統(tǒng)的控制模式，不再同時導(dǎo)通與關(guān)閉晶 體管開關(guān)S1、 S2(S3、 S4)，而是按照圖5所示的時序進(jìn)行開關(guān)的切換，使得 負(fù)載電流由二極管D5直接轉(zhuǎn)到二極管D6(或是由二極管D6直接轉(zhuǎn)到二極管 D5)，而不再經(jīng)過續(xù)流二極管D7;此為前述的次級側(cè)續(xù)流二極管D7可以省 略的原因所在。其它的優(yōu)點是，在一個周期之內(nèi)，避免了兩次續(xù)流二極管的 反向恢復(fù)，減小了反向恢復(fù)的開關(guān)損耗。然而，圖5的控制方法的缺點在于，初級側(cè)的續(xù)流二極管D1、 D3在流 過負(fù)載電流時，其在Vin的反向電壓作用下會截止而產(chǎn)生較強的反向恢復(fù)， 而帶來了附加的反向恢復(fù)損耗。綜上所述，申請人鑒于前述二種公知技術(shù)的缺陷，經(jīng)過精心試驗與研究， 設(shè)計出本發(fā)明，以下為本發(fā)明的簡要說明。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一方面提出一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，交錯式雙管 正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器包括一第一功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第一二極管，該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第一二極管的陰極而構(gòu)成一輸入電源高壓端；一第二功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第二二極管，該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第一二極管的陽極，該第二二極管的陰極連接于該第一功率半導(dǎo)體 開關(guān)的另一端，且該第二二極管的陽極連接于該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)的另一 端而構(gòu)成一輸入電源低壓端；一第三功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第三二極管，該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第三二極管的陰極并且連接至該輸入電源高壓端；一第四功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第四二極管，該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第三二極管的陽極，該第四二極管的陰極連接于該第三功率半導(dǎo)體 開關(guān)的另一端，且該第四二極管的陽極連接于該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)的另一 端并且連接至該輸入電源低壓端；一第一變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)與 該第二二極管的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第二功率半導(dǎo)體 開關(guān)與該第一二極管的連接節(jié)點；一第一整流開關(guān)，其第一端連接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第一端;一第二變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)與 該第四二極管的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第四功率半導(dǎo)體 開關(guān)與該第三二極管的連接節(jié)點，其次級側(cè)線圈的第二端連接至該第一變壓 器的次級側(cè)線圈的第二端；及一第二整流開關(guān)，其第一端連接于該第二變壓器的次級側(cè)線圈的第一 端，其第二端連接于該第一整流開關(guān)的第二端；該控制方法包括步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，于to時刻關(guān)閉該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)，并保持該 第二功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在h時刻同時導(dǎo)通該第三與第四功率半導(dǎo)體開關(guān)，并在t2時刻關(guān)閉該 第二功率半導(dǎo)體開關(guān)；(c) 在t3時刻關(guān)閉該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)；(d) 在t4時刻同時導(dǎo)通該第一與第二功率半導(dǎo)體開關(guān)；(e) 在ts時刻關(guān)閉該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行 下一控制周期； 優(yōu)選的是，該轉(zhuǎn)換器的控制方法還包括一第二控制方法，其步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻開通該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)，并保持該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在t！時刻關(guān)閉該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)；(C)在t2時刻開通該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)；(d) 在t3時刻關(guān)閉該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)；(e) 在t4時刻開通該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)；(f) 在t5時刻關(guān)閉該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)；(g) 在t6時刻開通該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)；(h) 并在t7時刻關(guān)閉該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn) 行下一控制周期；其中，to〈t,<t2<t3<t4<t5<t6<t7;當(dāng)工作在穩(wěn)態(tài)情況下，該轉(zhuǎn)換器采用該第一控制方法，在保持時間的狀 態(tài)下，該轉(zhuǎn)換器采用該第二控制方法。優(yōu)選的是，其中該第一變壓器的初級側(cè)線圈相對次級側(cè)線圈的匝數(shù)比與 該第二變壓器的初級側(cè)線圈相對次級側(cè)線圈的匝數(shù)比相等。優(yōu)選的是，其中所述整流開關(guān)為二極管。優(yōu)選的是，其中所述變壓器的次級側(cè)還耦接于一續(xù)流開關(guān)，其第一端連 接于該第一與第二整流開關(guān)的連接節(jié)點，其第二端連接于該第一變壓器的次 級側(cè)線圈的第二端與該第二變壓器的次級側(cè)線圈的第二端的連接節(jié)點。優(yōu)選的是，其中該第一與第二整流開關(guān)的連接節(jié)點還連接于一濾波電 路，該濾波電路包括一濾波電感及一濾波電容。本發(fā)明另一方面提出一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器包括一第一主轉(zhuǎn)換電路，包括一第一開關(guān)及一第五開關(guān)，該第一開關(guān)的第一端連接于該第五 開關(guān)的第一端而構(gòu)成一輸入電源高壓端；一第二開關(guān)及一第六開關(guān)，該第二開關(guān)的第一端連接于該第五 開關(guān)的第二端，該第六開關(guān)的第一端連接于該第一開關(guān)的第二端，且該第六
開關(guān)的第二端連接于該第二開關(guān)的第二端而構(gòu)成一輸入電源低壓端；一第一變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第一開關(guān)與該第六開關(guān)的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第五開關(guān)與該第二開關(guān)的連接節(jié)點；及一第一整流開關(guān)，其第一端連接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第一端；及一第二主轉(zhuǎn)換電路，由第三、第四、第七、第八開關(guān)、 一第二變壓器以 及一第二整流開關(guān)所構(gòu)成，其連接關(guān)系分別與該第一主開關(guān)電路之內(nèi)的第 一、第二、第五、第六開關(guān)、該第一變壓器以及該第一整流開關(guān)完全相同， 且該第二主轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)耦接于該第一主轉(zhuǎn)換電路；該控制方法包括步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻關(guān)閉該第一開關(guān)，并保持該第二開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在t,時刻同時導(dǎo)通該第三與第四開關(guān)，并在t2時刻關(guān)閉該第二開關(guān)；(c) 在t3時刻關(guān)閉該第三開關(guān)；(d) 在t4時刻同時導(dǎo)通該第一與第二開關(guān)；(e) 在t5時刻關(guān)閉該第四開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行下一控制周期；其中，t^t,〈t,t3〈t4〈t5。優(yōu)選的是，其中該轉(zhuǎn)換器的控制方法還包括一第二控制方法，其步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻開通該第二開關(guān)，并保持該第一開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在t,時刻關(guān)閉該第二開關(guān)；(C)在t2時刻開通該第三開關(guān)；(d) 在t3時刻關(guān)閉該第一開關(guān)；(e) 在t4時刻開通該第四開關(guān)；(f) 在ts時刻關(guān)閉該第四開關(guān)；(g) 在t6時刻開通該第一開關(guān)；(h) 并在t7時刻關(guān)閉該第三開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行下一控制
周期；其中，t?！磘1〈t2〈t3〈t4〈ts〈t6〈t7;當(dāng)工作在穩(wěn)態(tài)情況下，該轉(zhuǎn)換器釆用該第一控制方法，在保持時間的狀 態(tài)下，該轉(zhuǎn)換器采用該第二控制方法。本發(fā)明再一方面提出一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器 包括M個彼此并聯(lián)的主轉(zhuǎn)換電路(M^3)，每一主轉(zhuǎn)換電路包括一第一控制開關(guān)及一第一續(xù)流開關(guān)，該第一控制開關(guān)的第一端 連接于該第一續(xù)流開關(guān)的第一端而構(gòu)成一輸入電源高壓端；一第二控制開關(guān)及一第二續(xù)流開關(guān)，該第二控制開關(guān)的第一端 連接于該第一續(xù)流開關(guān)的第二端，該第二續(xù)流開關(guān)的第一端連接于該第一控 制開關(guān)的第二端，且該第二續(xù)流開關(guān)的第二端連接于該第二控制開關(guān)的第二 端而構(gòu)成一輸入電源低壓端；一第一變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第一控制開關(guān) 與該第二續(xù)流開關(guān)的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第一續(xù)流開 關(guān)與該第二控制開關(guān)的連接節(jié)點；及一整流開關(guān)，其第一端連接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第一端；及該控制方法包括步驟如下 在一控制周期之內(nèi)，(a) 在tp時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉其第一控制開關(guān)同時其第二控制 開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)；(b) 在tp+1時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第一、第二控制開關(guān);(c) 在tp+2時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉該第二控制開關(guān)；(d) 在之后的各個時刻依序針對第p+i個，第p+i+l個主轉(zhuǎn)換電路重復(fù)上述 步驟(a) (c);及并于針對第一個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第一與第二控制開關(guān)之后才關(guān) 閉第M個主轉(zhuǎn)換電路的該第二個控制開關(guān)； 其中，i=0，l...， M-l,p=l，2，...，M。優(yōu)選的是，其中該轉(zhuǎn)換器還包括一第二控制方法，其步驟如下
在一控制周期之內(nèi)，(a) 在tp時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉其第一控制開關(guān)同時其第二控制 開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)；(b) 在tp+1時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通其第二控制開關(guān)；(c) 在tp^時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉該第二控制開關(guān)；(d) 在tp+3時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通其第一控制開關(guān)；(e) 在之后的各個時刻依序針對第p+i個，第p+i+l個主轉(zhuǎn)換電路重復(fù)上述 步驟(a)^(d);及并于針對第一個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第二控制開關(guān)之后才關(guān)閉第M 個主轉(zhuǎn)換電路的該第二控制開關(guān)；其中，i=0，l...， M-l，p=l，2，...，M。綜上所述，本發(fā)明提出一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，其優(yōu)點 在于既可以減小次級側(cè)的反向恢復(fù)損耗，又可以避免初級側(cè)的續(xù)流二極管的 反向恢復(fù)。


本發(fā)明根據(jù)下列示圖及詳細(xì)說明，以獲得更深入的了解 圖1是傳統(tǒng)的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖2是針對圖1的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的 時序圖；圖3是在配合圖2的控制方法的情形下、圖1的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器 中各變壓器與其次級側(cè)各二極管的電壓波形圖；圖4是日本特開平10-4680號案件所揭示的另一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換 器的電路圖；圖5是針對圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的 時序圖；圖6是使用本發(fā)明所提出的控制方法對圖1或圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn) 換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的時序圖；圖7是在配合圖6的控制方法的情形下、圖l(或圖4)的交錯式雙管正激 轉(zhuǎn)換器中各變壓器與其次級側(cè)各二極管的電壓波形圖8是圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的第一種變化型電路； 圖9是圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的第二種變化型電路； 圖10是圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的第三種變化型電路； 圖11是使用本發(fā)明所提出的控制方法對圖10的三路交錯式雙管正激轉(zhuǎn) 換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的時序圖；圖12是使用美國US6,639，S14 B2號案件所提出的恒定電壓復(fù)位(CVR) 電路的第一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的電路圖；及圖13是使用美國US6，639,814 B2號案件所提出的恒定電壓復(fù)位(CVR) 電路的第二種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的電路圖。主要組件符號說明IO交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器40交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器80交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器90交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器100交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器1001主轉(zhuǎn)換電路C濾波電容Cl、 C2電容D1 D7二極管L濾波電感S1 S8開關(guān)T1 T2變壓器Vin輸入電壓源具體實施方式
本發(fā)明的控制方法可以應(yīng)用于圖1或圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器10 或40中，由于轉(zhuǎn)換器10或40的電路結(jié)構(gòu)已于前述發(fā)明內(nèi)容中完整敘述， 因此此處不加以贅述。請參閱圖6，其為使用本發(fā)明所提出的控制方法對圖1或圖4的交錯式 雙管正激轉(zhuǎn)換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的時序圖，其中橫軸為時間，縱
軸為各晶體管開關(guān)的導(dǎo)通(ON)/關(guān)閉(OFF)狀態(tài)。由圖6可知，本發(fā)明的控制 方法與前述二種傳統(tǒng)的控制方法的不同處在于，開關(guān)S1和S2同時導(dǎo)通，但 不同時關(guān)閉，而是在開關(guān)S3導(dǎo)通后，幵關(guān)S2才關(guān)閉；同樣地，開關(guān)S3和 S4同時導(dǎo)通，但不同時關(guān)閉，而是在開關(guān)S1導(dǎo)通后，開關(guān)S4才關(guān)閉。以圖6的時序圖來看，在一控制周期之內(nèi)，在to時刻關(guān)閉開關(guān)Sl，開關(guān) S2仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。接著，在t,時刻同時導(dǎo)通開關(guān)S3與S4，并在t2時刻關(guān) 閉開關(guān)S2。 t3時刻，關(guān)閉開關(guān)S3，在t4時刻同時導(dǎo)通開關(guān)Sl、 S2。最后， 在t5時刻關(guān)閉開關(guān)S4，并在之后的時刻依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行下一控制周 期，且在同時導(dǎo)通開關(guān)S1與S2之后才關(guān)閉開關(guān)S4。這種控制方法的特點在于，既可以減小次級側(cè)的反向恢復(fù)損耗，又可以 避免初級側(cè)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)。圖7則為在配合圖6的控制方法的情形下、圖l(或圖4)的交錯式雙管正 激轉(zhuǎn)換器中各變壓器與其次級側(cè)各二極管的電壓波形圖。要注意的是，圖7 中的各時刻點to ts完全對應(yīng)于圖6中的各時刻點。以下同時參考圖6與圖7說明本發(fā)明的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方 法。值得一提的是，與前述相同，圖中的功率半導(dǎo)體開關(guān)都以金屬氧化物半 導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管來表示，D1 D4則是選用耐壓等級較高的二極管，而變壓 器T1、 T2的初級、次級側(cè)線圈匝數(shù)比則均為N: 1。在to時刻之前，晶體管開關(guān)S1和S2同時導(dǎo)通，輸入電壓源Vin經(jīng)開關(guān) Sl、 S2、變壓器T1向次級側(cè)傳輸能量，負(fù)載電流流經(jīng)整流二極管D5。在to時刻，開關(guān)S1關(guān)閉，但開關(guān)S2仍然保持導(dǎo)通，初級側(cè)的續(xù)流二極 管D2導(dǎo)通，折算到初級側(cè)的負(fù)載電流和激磁電流沿著變壓器T1、開關(guān)S2 初級側(cè)以及續(xù)流二極管D2進(jìn)行續(xù)流，變壓器T1兩端電壓為零。在t,時刻，晶體管S3和S4導(dǎo)通，輸入電壓源Vin加在變壓器T2上， 此時變壓器T2兩端的電壓為上正下負(fù)，流經(jīng)整流二極管D5的電流在這個反 向電壓的作用下轉(zhuǎn)移到整流二極管D6， 二極管D5的電流減小到零發(fā)生反向 恢復(fù)后截止。流過變壓器T1次級側(cè)的負(fù)載電流轉(zhuǎn)移到變壓器T2，此時，只 剩下激磁電流在變壓器Tl的初級側(cè)沿著變壓器Tl、開關(guān)S2和二極管D2進(jìn) 行續(xù)流。在t2時刻，開關(guān)S2關(guān)閉，初級側(cè)的續(xù)流二極管D1導(dǎo)通，變壓器初級側(cè) 的電壓變?yōu)椤猇in，此時，整流二極管D5所承受的最大反向電壓為2Vin/N。 變壓器Tl在一Vin的作用下復(fù)位，激磁電流減小。而當(dāng)激磁電流減小至零時， 初級側(cè)的續(xù)流二極管D1和D2自然過零截止，變壓器T1的激磁電感幵始與 晶體管開關(guān)Sl和S2的寄生電容諧振。在t3時刻，晶體管開關(guān)S3關(guān)閉，初級側(cè)的續(xù)流二極管D4導(dǎo)通，變壓器 T2兩端電壓從Vin變?yōu)榱?，并在下一個時刻之前最終將變壓器T1的兩端鉗 位至零，同時使得開關(guān)S1和S2上的電壓變?yōu)閂in/2，等待下一個周期開通。t4時刻時，晶體管開關(guān)S1、 S2導(dǎo)通，電流從二極管D6轉(zhuǎn)移至二極管D5; 輸入電壓Vin經(jīng)開關(guān)Sl、 S2,變壓器T1向次級側(cè)傳輸能量。至ts時刻，晶體管開關(guān)S4關(guān)閉，初級側(cè)的續(xù)流二極管D3導(dǎo)通，變壓器 T2在一Vin的作用下復(fù)位，激磁電流減小。此時，整流二極管D6所承受的 最大反向電壓為2Vin/N。通過上述對圖6所示的控制模式下交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器工作原理的分 析，可以看出流過整流二極管D5的負(fù)載電流，在開關(guān)S1關(guān)閉之后仍然流 過開關(guān)D5續(xù)流。直到開關(guān)S3、 S4導(dǎo)通之后，負(fù)載電流從整流二極管D5直 接轉(zhuǎn)移到整流二極管D6，而不再經(jīng)過續(xù)流二極管D7，因此，續(xù)流二極管D7 可以省略。由此可知，本發(fā)明所述圖6的控制方法可以同時應(yīng)用在圖l及圖 4所示的電路架構(gòu)中。在一個完整的周期內(nèi)，次級側(cè)二極管一共只發(fā)生兩次 的反向恢復(fù)--分別是整流二極管D5和D6。因此，在圖6所示的控制模式下, 兩次由續(xù)流二極管D7產(chǎn)生的反向恢復(fù)便可以被避免，相應(yīng)次級側(cè)二極管的 反向恢復(fù)損耗也可以減小。同時，因為避免了續(xù)流二極管的反向恢復(fù)，因此 不存在因為續(xù)流二極管反向恢復(fù)所產(chǎn)生的電壓尖峰。相對于圖2所示的傳統(tǒng) 的控制模式，利用本發(fā)明的控制方法進(jìn)行控制的轉(zhuǎn)換器的整流二極管可承受 的最大反向截止電壓由2Vin/N+Vspike減小到2Vin/N，如果可以選取耐壓等級 相對較低的整流二極管，其正向?qū)▔航?VF)更小，減小了通態(tài)損耗，也進(jìn) 一步提升了效率。相對于圖5所示的第二種傳統(tǒng)的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制模式，在 圖6所示的控制方法下，其初級側(cè)的續(xù)流二極管D1、 D2(D3、 D4)均在電流 過零時自然截止，避免了在圖5所示的控制模式下，初級側(cè)續(xù)流二極管流過 負(fù)載電流時、在Vin的反向電壓作用下截止而產(chǎn)生較強的反向恢復(fù)的情形，
也避免了因初級側(cè)續(xù)流二極管的反向恢復(fù)所帶來的附加損耗和電壓尖峰。請參閱圖8，其為圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的第一種變化型電路， 其中轉(zhuǎn)換器80僅將圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)整流二極管更換 為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管S5、 S6，其同樣可以使用本發(fā)明的控制方法。請參閱圖9，其為圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的第二種變化型電路， 其中轉(zhuǎn)換器90僅將圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)續(xù)流二極管更換 為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管S5 S8，其同樣可以使用本發(fā)明的控制方法。請參閱圖10，其為圖4的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的第三種變化型電路， 若將電路方塊1001視為一主轉(zhuǎn)換電路，則轉(zhuǎn)換器100由M個主轉(zhuǎn)換電路彼 此并聯(lián)所構(gòu)成，其中V&3，其同樣可以使用本發(fā)明的控制方法。請參閱圖11，其為使用本發(fā)明所提出的控制方法對圖10的M(M-3)路 交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的各晶體管開關(guān)進(jìn)行控制時的時序圖。以圖ll的時序圖來看，在一控制周期之內(nèi)，在tO時刻針對第一個主轉(zhuǎn) 換電路關(guān)閉開關(guān)S1同時開關(guān)S2保持導(dǎo)通；接著于t,時刻，針對第二個主轉(zhuǎn) 換電路同時導(dǎo)通其開關(guān)S3及S4;再在t2時刻關(guān)閉開關(guān)S2;接著在t3時刻關(guān) 閉開關(guān)S3;然后在t4依序針對第三個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其開關(guān)S5及S6;再在15時刻關(guān)閉開關(guān)S4;在t6時刻關(guān)閉開關(guān)S5; t7時刻針對第一個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其開關(guān)S1及S2;在ts時刻關(guān)閉開關(guān)S6。由圖6及圖11可歸納 出本發(fā)明應(yīng)用于多路交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器時的控制方法，其中轉(zhuǎn)換器由M 個主轉(zhuǎn)換電路彼此并聯(lián)所構(gòu)成在一控制周期之內(nèi)，(a) 在tp時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉其第一控制開關(guān)同時其第二控制 開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)；(b) 在tp+1時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第一、第二控制開關(guān);(c) 在tp+2時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉該第二控制開關(guān)；(d) 在之后的各個時刻依序針對第p+i個，第p+i+l個主轉(zhuǎn)換電路重復(fù)上述 步驟(a) (c);及并在針對第一個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第一與第二控制開關(guān)之后才關(guān)
閉第M個主轉(zhuǎn)換電路的該第二個控制開關(guān)； 其中，i=0，l...， M-l,p=l，2，...,M。對于圖6所示的交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法來說，變壓器T1(T2) 的復(fù)位開始于開關(guān)S2(S4)關(guān)閉之后、激磁電流給開關(guān)S1(S3)、 S2(S4)的結(jié)電 容充電的時刻；相對于圖2所示的傳統(tǒng)控制方法，變壓器可利用的最大復(fù)位 時間變短，所以其最大占空比減小，因此不利于對占空比動態(tài)范圍要求較大 (諸如保持時間(holduptime))的場合下。對于這種缺點， 一種改善方案在穩(wěn)態(tài) 過程中，釆用圖6所示的控制方法，而在動態(tài)過程中，則可將控制模式切換 到前述傳統(tǒng)的二種控制方法(圖2及圖5所示)。除此之外，還可以使用美國US6，639，814B2號案件所提出的恒定電壓復(fù) 位(CVR)電路，來增加占空比的動態(tài)變化范圍，如圖12及圖13所示。綜上所述，本發(fā)明提出一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，其優(yōu)點 在于既可以減小次級側(cè)的反向恢復(fù)損耗，又可以避免初級側(cè)的續(xù)流二極管的 反向恢復(fù)。本發(fā)明可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行任意修改，都不會脫離如權(quán)利 要求要保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器包括一第一功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第一二極管，該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第一二極管的陰極而構(gòu)成一輸入電源高壓端；一第二功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第二二極管，該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第一二極管的陽極，該第二二極管的陰極連接于該第一功率半導(dǎo)體 開關(guān)的另一端，且該第二二極管的陽極連接于該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)的另一 端而構(gòu)成一輸入電源低壓端；一第三功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第三二極管，該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第三二極管的陰極并且連接至該輸入電源高壓端；一第四功率半導(dǎo)體開關(guān)及一第四二極管，該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)的一端 連接于該第三二極管的陽極，該第四二極管的陰極連接于該第三功率半導(dǎo)體 開關(guān)的另一端，且該第四二極管的陽極連接于該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)的另一 端并且連接至該輸入電源低壓端；一第一變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)與 該第二二極管的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈之第二端連接于該第二功率半導(dǎo)體 開關(guān)與該第一二極管的連接節(jié)點；一第一整流開關(guān)，其第一端連接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第一端;一第二變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)與 該第四二極管的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第四功率半導(dǎo)體 開關(guān)與該第三二極管的連接節(jié)點，其次級側(cè)線圈的第二端連接至該第一變壓 器的次級側(cè)線圈的第二端；及一第二整流開關(guān)，其第一端連接于該第二變壓器的次級側(cè)線圈的第一 端，其第二端連接于該第一整流開關(guān)的第二端；該控制方法包括步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻關(guān)閉該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)，并保持該 第二功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在h時刻同時導(dǎo)通該第三與第四功率半導(dǎo)體開關(guān)，并在t2時刻關(guān)閉該 第二功率半導(dǎo)體開關(guān)；(c) 在t3時刻關(guān)閉該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)；(d) 在t4時刻同時導(dǎo)通該第一與第二功率半導(dǎo)體開關(guān)；(e) 在t5時刻關(guān)閉該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行 下一控制周期；其中，to〈t,〈t2〈t3〈U〈tso
2. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中該轉(zhuǎn)換器的控制方法還包括一第二控制方法，其步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻開通該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)，并保持該 第一功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在t,時刻關(guān)閉該第二功率半導(dǎo)體開關(guān)；(c) 在t2時刻開通該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)；(d) 在t3時刻關(guān)閉該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)；(e) 在t4時刻開通該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)；(f) 在t5時刻關(guān)閉該第四功率半導(dǎo)體開關(guān)；(g) 在t6時刻開通該第一功率半導(dǎo)體開關(guān)；(h) 并在t7時刻關(guān)閉該第三功率半導(dǎo)體開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行下一控制周期；其中，t?！磘,〈t2〈t3〈tt〈t5〈t6〈t7;當(dāng)工作于穩(wěn)態(tài)情況下，該轉(zhuǎn)換器采用該第一控制方法，在保持時間的狀 態(tài)下，該轉(zhuǎn)換器采用該第二控制方法。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中該第一變壓器的初級側(cè)線圈相對次級側(cè)線圈的匝數(shù)比與該第二變壓器的初級側(cè)線圈相對次級側(cè)線圈的匝數(shù) 比相等。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述整流開關(guān)為二極管。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述變壓器的次級側(cè)還耦接于一 續(xù)流開關(guān)，其第一端連接于該第一與第二整流開關(guān)的連接節(jié)點，其第二端連 接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第二端與該第二變壓器的次級側(cè)線圈的 第二端的連接節(jié)點。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中該第一與第二整流開關(guān)的連接節(jié) 點還連接于一濾波電路，該濾波電路包括一濾波電感及一濾波電容。
7. —種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器包括一第一主轉(zhuǎn)換電路，包括一第一開關(guān)及一第五開關(guān)，該第一開關(guān)的第一端連接于該第五開關(guān) 的第一端而構(gòu)成一輸入電源高壓端；一第二開關(guān)及一第六開關(guān)，該第二開關(guān)的第一端連接于該第五開關(guān) 的第二端，該第六開關(guān)的第一端連接于該第一開關(guān)的第二端，且該第六開關(guān)的第二端連接于該第二開關(guān)的第二端而構(gòu)成一輸入電源低壓端；一第一變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第一開關(guān)與該第六 開關(guān)的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第五開關(guān)與該第二開關(guān)的 連接節(jié)點；及一第一整流開關(guān)，其第一端連接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第一端；及一第二主轉(zhuǎn)換電路，由第三、第四、第七、第八開關(guān)、 一第二變壓器以 及一第二整流開關(guān)所構(gòu)成，其連接關(guān)系分別與該第一主開關(guān)電路之內(nèi)的第 一、第二、第五、第六開關(guān)、該第一變壓器以及該第一整流開關(guān)完全相同， 且該第二主轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)耦接于該第一主轉(zhuǎn)換電路；該控制方法包括步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻關(guān)閉該第一開關(guān)，并保持該第二開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在t,時刻同時導(dǎo)通該第三與第四開關(guān)，并在t2時刻關(guān)閉該第二開關(guān)；(c) 在13時刻關(guān)閉該第三開關(guān)；(d) 在t4時刻同時導(dǎo)通該第一與第二開關(guān)；(e) 在ts時刻關(guān)閉該第四開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行下一控制周期；其中，to〈t,〈t2〈t3〈U〈t5。
8.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其中該轉(zhuǎn)換器的控制方法還包括一第二控制方法，其步驟如下(a) 在一控制周期之內(nèi)，在to時刻開通該第二開關(guān)，并保持該第一開關(guān)導(dǎo)通；(b) 在t!時刻關(guān)閉該第二開關(guān)；(C)在t2時刻開通該第三開關(guān)；(d) 在t3時刻關(guān)閉該第一開關(guān)；(e) 在t4時刻開通該第四開關(guān)；(f) 在15時刻關(guān)閉該第四開關(guān)；(g) 在t6時刻開通該第一開關(guān)；(h) 并在t7時刻關(guān)閉該第三開關(guān)，之后依序重復(fù)上述步驟以進(jìn)行下一控制 周期；其中，to〈t，〈t2〈t3〈t4〈ts〈t6〈t7;當(dāng)工作在穩(wěn)態(tài)情況下，該轉(zhuǎn)換器采用該第一控制方法，在保持時間的狀 態(tài)下，該轉(zhuǎn)換器采用該第二控制方法。
9.一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器包括 M個彼此并聯(lián)的主轉(zhuǎn)換電路(M^3)，每一主轉(zhuǎn)換電路包括一第一控制開關(guān)及一第一續(xù)流開關(guān)，該第一控制開關(guān)的第一端 連接于該第一續(xù)流開關(guān)的第一端而構(gòu)成一輸入電源高壓端；一第二控制開關(guān)及一第二續(xù)流開關(guān)，該第二控制開關(guān)的第一端 連接于該第一續(xù)流開關(guān)的第二端，該第二續(xù)流開關(guān)的第一端連接于該第一控 制開關(guān)的第二端，且該第二續(xù)流開關(guān)的第二端連接于該第二控制開關(guān)的第二 端而構(gòu)成一輸入電源低壓端；一第一變壓器，其初級側(cè)線圈的第一端連接于該第一控制開關(guān) 與該第二續(xù)流開關(guān)的連接節(jié)點，其初級側(cè)線圈的第二端連接于該第一續(xù)流開 關(guān)與該第二控制開關(guān)的連接節(jié)點；及一整流開關(guān)，其第一端連接于該第一變壓器的次級側(cè)線圈的第一端；及該控制方法包括步驟如下 在一控制周期之內(nèi)，(a) 在tp時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉其第一控制開關(guān)同時其第二控制 開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)；(b) 在tp+1時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第一、第二控制開關(guān);(c) 在tp+2時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉該第二控制開關(guān)；(d) 在之后的各個時刻依序針對第p+i個，第p+i+l個主轉(zhuǎn)換電路重復(fù)上述 步驟(a) (c);及并于針對第一個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第一與第二控制開關(guān)之后才關(guān)閉第M個主轉(zhuǎn)換電路的該第二控制開關(guān)； 其中，i=0，l...， M-l，p=l,2"..，M。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中該轉(zhuǎn)換器的控制方法還包括一第 二控制方法，其步驟如下 在一控制周期之內(nèi)，(a) 在tp時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉其第一控制開關(guān)同時其第二控制 開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)；(b) 在tp+1時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通其第二控制開關(guān)；(c) 在tp^時刻針對第p個主轉(zhuǎn)換電路關(guān)閉該第二控制開關(guān)；(d) 在tp+3時刻針對第p+l個主轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通其第一控制開關(guān)；(e) 在之后的各個時刻依序針對第p+i個，第p+i+l個主轉(zhuǎn)換電路重復(fù)上述 步驟(a卜(d);及并于針對第一個主轉(zhuǎn)換電路同時導(dǎo)通其第二控制開關(guān)之后才關(guān)閉第M 個主轉(zhuǎn)換電路的該第二控制開關(guān)； 其中，i=0，l...， M-l，p=l，2,...,M。
全文摘要
本發(fā)明提供一種交錯式雙管正激轉(zhuǎn)換器的控制方法，該轉(zhuǎn)換器包括二個彼此并聯(lián)的主轉(zhuǎn)換電路，每一主轉(zhuǎn)換電路包括第一、第二功率半導(dǎo)體開關(guān)、第一、第二二極管、一變壓器以及一整流開關(guān)；該控制方法為成對的功率半導(dǎo)體開關(guān)同時導(dǎo)通、但不同時關(guān)閉，而是在一組的第一、第二功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通后，另一組的第二功率半導(dǎo)體開關(guān)才關(guān)閉。
文檔編號H02M3/24GK101145734SQ20061015390
公開日2008年3月19日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者吳洪洋, 應(yīng)建平, 曾劍鴻, 瀟 陳 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司