原边反馈有源钳位反激变换器输出恒流数字控制算法研究

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反激变换器由于其体积小、结构简单、成本低而广泛应用于中小功率场合,隔离型有源钳位反激变换器能提高变换器开关频率,具有高功率、小体积及安全可靠的特性,在手机快充、笔记本电脑等恒流场合得到了较多应用。当前隔离型有源钳位反激变换器采用光耦反馈电路,因此无法避免光耦的非线性、老化、温度漂移及工作温度范围有限等问题。原边反馈控制方式可以移除光耦,然而由于变换器寄生、非线性及单一控制方式的影响,当前隔离型原边反馈有源钳位反激变换器方案无较为可靠的方法实现输出恒流控制,并且存在轻载效率较低的问题。针对以上问题,本文提出一种低成本数字控制隔离型原边反馈有源钳位反激变换器恒流控制方案,主要内容包括(1)针对恒流控制输出提出电荷平衡的控制思想,可以将非线性的输出二极管电流等效为规则的线性波形,并对参与电荷平衡计算的参数进行补偿,从而提高系统精度;(2)提出一种恒流输出的新型多模式复合数字控制策略,轻载采用断续电流模式加谷底导通控制,中载采用连续电流模式加脉冲频率调制控制,重载采用连续电流模式加脉冲宽度调制控制,在全负载范围内实现断续电流模式与连续电流模式的自由切换,去除临界电流模式引入的精度偏差;(3)实现开关管的软开关,从而减小开关损耗,提高效率,并在断续电流工作模式下,实现开关管的谷底导通策略,从而提高整个系统的效率,实现效率优化。采用此优化方案最终可以得到高精度、高效率隔离型有源钳位AC-DC变换器稳定的多模式原边反馈数字控制策略。测试结果表明:本设计在全负载范围内恒流输出为3.20A,最大输出电压负载为16V,电流精度达到±2.3%;整个控制系统在全负载范围的平均效率能够达到85%;系统多模式切换可以平滑实现;断续电流模式下谷底导通算法提高0.5%以上;测试结果可以满足设计指标要求。该方案对指导隔离型AC-DC变换器电源及芯片设计,推动隔离型AC-DC变换器的功率提升与小型化发展具有较大意义。
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