电源、生成脉冲宽度调制信号的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电源、生成脉冲宽度调制信号的方法及装置，通过设置生成信号在所述第一周期从低电平跳变为高电平的时刻、从高电平跳变为低电平的时刻、所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻、以及从高电平跳变为低电平的时刻，使得生成的PWM信号在两个开关管周期内至少实现一次在开关管两端电压最低时开通，降低了返驰式转换电路中开关管的开通损耗，提高了开关管的开通效率。
【专利说明】电源、生成脉冲宽度调制信号的方法及装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电源技术，尤其涉及一种电源、生成脉冲宽度调制信号的方法及装置。【背景技术】
[0002]开关电源中，工作于DCM (Discontinuous Current Mode,即电感电流断续模式)模式下的返驰式(FLYBACK)变换电路，其输出端在变压器的原级绕组断开电源时获得能量。变压器原级绕组与电源之间的通断通过开关管的导通或关断来控制。开关管的导通或关断由驱动信号PWM来控制。
[0003]驱动信号低电平时，开关管关断，变压器向负载端传递能量；驱动信号高电平时，开关管导通，变压器原级绕组储存能量。
[0004]但是，由于开关管关断时，其两端的电压等于电源电压与变压器原级电压之和，开关管导通时，其两端的电压可以忽略不计，因此当驱动信号从低电平跳变到高电平时，开关管从高电压开通，导致开关管的开通损耗较大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种电源、生成脉冲宽度调制信号的方法及装置，以降低返驰式转换电路中开关管的开通损耗。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]一种生成脉冲宽度调制信号的方法，包括:
[0008]根据第一预设值、第一占空比、第二占空比和谐振周期，设置待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，根据所述第一预设值、第二占空比和谐振周期，设置所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻；其中，所述第一占空比根据返驰式变换电路在所述第一周期的上一周期中所述返驰式变换电路的输出电压得到，所述第二占空比为所述返驰式变换电路中变压器在所述第一周期中的次级电流续流占空比，所述谐振周期为所述开关管的结电容与所述变压的原级电感的谐振周期，第一周期为所述返驰式变换电路的一个开关周期；
[0009]根据所述返驰式变换电路的输出电压得到所述待生成信号在第二周期的占空比，所述第二周期为所述第一周期的下一个周期；
[0010]将第二预设值设置为所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻，以使所述返驰式变换电路中的开关管在所述开关管的两端电压最低的情况下开通，根据所述第二预设值和所述待生成信号在第二周期的占空比设置所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻；所述第一预设值大于所述第二预设值，且所述第一预设值与所述第二预设值到之间的差等于所述返驰式变换电路的两个开关周期；
[0011]按照设置的所述待生成信号在所述第一周期从低电平跳变为高电平的时刻、从高电平跳变为低电平的时刻、所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时亥IJ、以及从高电平跳变为低电平的时刻，生成用于控制所述返驰式变换电路的开关管导通或关断的脉冲宽度调制信号。
[0012]一种生成脉冲宽度调制信号的装置，包括:
[0013]设置模块，用于根据第一预设值、第一占空比、第二占空比和谐振周期，设置待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，根据所述第一预设值、第二占空比和谐振周期，设置所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻；其中，所述第一占空比根据返驰式变换电路在所述第一周期的上一周期中所述返驰式变换电路的输出电压得到，所述第二占空比为所述返驰式变换电路中变压器在所述第一周期中的次级电流续流占空比，所述谐振周期为所述开关管的结电容与所述变压的原级电感的谐振周期，第一周期为所述返驰式变换电路的一个开关周期；
[0014]占空比获得模块，用于根据所述返驰式变换电路的输出电压得到所述待生成信号在第二周期的占空比，所述第二周期为所述第一周期的下一个周期；
[0015]所述设置模块，还用于将第二预设值设置为所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻，以使所述返驰式变换电路中的开关管在所述开关管的两端电压最低的情况下开通，根据所述第二预设值和所述待生成信号在第二周期的占空比设置所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻；所述第一预设值大于所述第二预设值，且所述第一预设值与所述第二预设值到之间的差等于所述返驰式变换电路的两个开关周期；
[0016]信号生成模块，用于按照所述设置模块设置的所述待生成信号在所述第一周期从低电平跳变为高电平的时刻、从高电平跳变为低电平的时刻、所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻、以及从高电平跳变为低电平的时刻，生成用于控制所述返驰式变换电路的开关管导通或关断的脉冲宽度调制信号。
[0017]一种电源，包括返驰式转换电路和上述生成脉冲宽度调制信号的装置，所述装置的输出端与所述返驰式电路中的开关管相连，所述装置生成的脉冲宽度调制信号通过所述输出端输出到所述开关管，用于控制开关管的导通或关断。
[0018]上述技术方案提供的电源、生成脉冲宽度调制信号的方法及装置，通过设置生成信号在所述第一周期从低电平跳变为高电平的时刻、从高电平跳变为低电平的时刻、所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻、以及从高电平跳变为低电平的时刻，使得生成的PWM信号在两个开关管周期内至少实现一次在开关管两端电压最低时开通，降低了返驰式转换电路中开关管的开通损耗，提高了开关管的开通效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例提供的一种生成脉冲宽度调制信号的方法的流程图；
[0020]图2为本发明实施例提供的生成脉冲宽度调制信号的方法生成的PWM信号待应用的一种工作于DCM模式下的FLYBACK变换电路一次侧的MOSFET开关管两端的电压波形图；
[0021]图3为本发明实施例提供的生成脉冲宽度调制信号的方法所应用的一种返驰式变换电路的原边电路可等效图；
[0022]图4为本发明实施例提供的生成脉冲宽度调制信号的方法生成的脉冲宽度调制信号的波形图及其控制的开关管两端的电压波形图；
[0023]图5为本发明实施例提供的一种生成脉冲宽度调制信号的装置的结构示意图；[0024]图6为本发明实施例提供的生成脉冲宽度调制信号的装置生成PWM信号的实现流程图；
[0025]图7为本发明实施例提供的一种电源的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0027]本发明实施例提供的生成脉冲宽度调制信号的方法中，生成的脉冲宽度调制信号主要用来作为FLYBACK变换电路中开关管的驱动信号，使得开关管尽可能地在电压最低的情况下开通，以减少开关管开通产生的损耗。
[0028]图1为本发明实施例提供的一种生成脉冲宽度调制信号的方法的流程图。如图1所示，生成脉冲宽度调制信号的方法包括:步骤11至步骤15。
[0029]在步骤11中，根据第一预设值、第一占空比、第二占空比和谐振周期，设置待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，根据所述第一预设值、第二占空比和谐振周期，设置所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻；其中，所述第一占空比根据返驰式变换电路在所述第一周期的上一周期中所述返驰式变换电路的输出电压得到(得到方法与下述步骤12的说明类似)，所述第二占空比为所述返驰式变换电路中变压器在所述第一周期中的次级电流续流占空比，所述谐振周期为所述开关管的结电容(即等效并联电容)与所述变压的原级电感的谐振周期，所述第一周期为所述返驰式变换电路的一个开关周期。
[0030]目前，工作于DCM模式下的FLYBACK变换电路一次侧的MOSFET开关管两端的电压波形如图2所示。开关管断开后，开关管两端的电压达到最高，变压器传递能量，在变压器次级电流下降至零后，开关管两端电压出现震荡。这种震荡是由开关管的结电容和变压器原边电感(励磁电感和漏感)谐振产生的，`结电容的电压就是开关管两端的电压。
[0031]在次级变压器电流未到零时，变压器原级线圈两端的电压等于次级反射电压Vgrid/N，所以通过回路电压计算可得，此时开关管两端的电压等于Vgrid/N+Vpv，此状态维持直到次级电压电流到零，此时变压器次级线圈连接的二极管也将截止，使得次级线圈上的电压变为零，从而原级线圈上的电压也变为零。
[0032]变压器原级电感(包括漏感)和开关管等效并联电容Coss组成的回路谐振时，谐振周期Tr = 2^(Lm + Llk) X Coss保持不变。由于谐振回路必然存在电阻损耗，所以谐振电压幅值呈衰减趋势，且最终停留在电源电压值。
[0033]由于在谐振过程中，开关管两端的电压可以降低到低于电源电压值，因此，可以根据谐振周期来获取开关管两端的电压较低的时刻，以此来设置PWM信号从低电平跳变到高电平，通过该PWM信号可以实现控制开关管在较低的电压下开通，达到降低开关管的开通损耗的目的，实现开关管的零电压开关(Zero Voltage Switch, ZVS)。
[0034]在步骤12中，根据所述返驰式变换电路的输出电压得到所述待生成信号在第二周期的占空比，所述第二周期为所述第一周期的下一个周期。
[0035]返驰式变换电路的原边电路可等效如图3所示，输入侧Uin为等效电源，r是电路回路线路内阻总和，包括导线内阻和变压器的线圈导线内阻，而Lleal^P Lm分别是变压器的漏感和励磁电感。在开关管导通的状态下，开关管MOSFET可等效为一个理想开关串联一个导通内阻rm。
[0036]在开关管导通的情况下，由回路电势平衡可得:
[0037]
【权利要求】
1.一种生成脉冲宽度调制信号的方法，其特征在于，包括: 根据第一预设值、第一占空比、第二占空比和谐振周期，设置待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，根据所述第一预设值、第二占空比和谐振周期，设置所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻；其中，所述第一占空比根据返驰式变换电路在所述第一周期的上一周期中所述返驰式变换电路的输出电压得到，所述第二占空比为所述返驰式变换电路中变压器在所述第一周期中的次级电流续流占空比，所述谐振周期为所述开关管的结电容与所述变压的原级电感的谐振周期，第一周期为所述返驰式变换电路的一个开关周期； 根据所述返驰式变换电路的输出电压得到所述待生成信号在第二周期的占空比，所述第二周期为所述第一周期的下一个周期； 将第二预设值设置为所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻，以使所述返驰式变换电路中的开关管在所述开关管的两端电压最低的情况下开通，根据所述第二预设值和所述待生成信号在第二周期的占空比设置所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻；所述第一预设值大于所述第二预设值，且所述第一预设值与所述第二预设值到之间的差等于所述返驰式变换电路的两个开关周期； 按照设置的所述待生成信号在所述第一周期从低电平跳变为高电平的时刻、从高电平跳变为低电平的时刻、所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻、以及从高电平跳变为低电平的时刻，生成用于控制所述返驰式变换电路的开关管导通或关断的脉冲宽度调制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第一预设值、第一占空比、第二占空比和谐振周期，设置待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，根据所述第一预设值、第二占空比和谐振周期，设置所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻，包括:· 将n- (Ton+Toff+Tr/2)设置为待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，将n- (Toff+Tr/2)设置为所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻，其中，tl为第一时间值，η为第一预设值，Ton为所述待生成信号在所述第一周期为高电平的保持时间，根据所述第一占空比得到，Toff为所述返驰式转换电路的次级电流续流在所述第一周期中大于零的时间，根据所述返驰式转换电路在所述第一周期中的次级电流续流占空比得到，Tr为谐振周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第二预设值和所述待生成信号在第二周期的占空比设置所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻，包括: 将m+Ton设置为所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻，其中，m为第二预设值，Ton为所述待生成信号在第二周期为高电平的保持时间，根据所述待生成信号在第二周期的占空比得到。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括: 检测所述返驰式变换电路的输出电压和第四占空比，所述第四占空比为所述返驰式变换电路中变压器的当前次级电流续流占空比，用于设置所述待生成信号在第三周期的电平跳变时刻，所述第三周期为第二周期的下一个周期；根据检测到的所述输出电压得到第三占空比，所述第三占空比用于设置所述待生成信号在第四周期和所述第三周期的电平跳变时刻，所述第四周期为所述第三周期的下一个周期。
5.一种生成脉冲宽度调制信号的装置，其特征在于，包括: 设置模块，用于根据第一预设值、第一占空比、第二占空比和谐振周期，设置待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，根据所述第一预设值、第二占空比和谐振周期，设置所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻；其中，所述第一占空比根据返驰式变换电路在所述第一周期的上一周期中所述返驰式变换电路的输出电压得到，所述第二占空比为所述返驰式变换电路中变压器在所述第一周期中的次级电流续流占空比，所述谐振周期为所述开关管的结电容与所述变压的原级电感的谐振周期，第一周期为所述返驰式变换电路的一个开关周期； 占空比获得模块，用于根据所述返驰式变换电路的输出电压得到所述待生成信号在第二周期的占空比，所述第二周期为所述第一周期的下一个周期； 所述设置模块，还用于将第二预设值设置为所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻，以使所述返驰式变换电路中的开关管在所述开关管的两端电压最低的情况下开通，根据所述第二预设值和所述待生成信号在第二周期的占空比设置所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻；所述第一预设值大于所述第二预设值，且所述第一预设值与所述第二预设值到之间的差等于所述返驰式变换电路的两个开关周期； 信号生成模块，用于按照所述设置模块设置的所述待生成信号在所述第一周期从低电平跳变为高电平的时刻、从高电平跳变为低电平的时刻、所述待生成信号在所述第二周期从低电平跳变为高电平的时刻、以及从高电平跳变为低电平的时刻，生成用于控制所述返驰式变换电路的开关管 导通或关断的脉冲宽度调制信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述设置模块具体用于: 将n- (Ton+Toff+Tr/2)设置为待生成信号在第一周期从低电平跳变为高电平的时刻，将n- (Toff+Tr/2)设置为所述待生成信号在所述第一周期从高电平跳变为低电平的时刻，其中，tl为第一时间值，η为第一预设值，Ton为所述待生成信号在所述第一周期为高电平的保持时间，根据所述第一占空比得到，Toff为所述返驰式转换电路的次级电流续流在所述第一周期中大于零的时间，根据所述返驰式转换电路在所述第一周期中的次级电流续流占空比得到，Tr为谐振周期。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述设置模块具体用于: 将m+Ton设置为所述待生成信号在所述第二周期从高电平跳变为低电平的时刻，其中，m为第二预设值，Ton为所述待生成信号在第二周期为高电平的保持时间，根据所述待生成信号在第二周期的占空比得到。
8.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，还包括: 检测模块，用于检测所述返驰式变换电路的输出电压和第四占空比，所述第四占空比为所述返驰式变换电路中变压器的当前次级电流续流占空比，用于设置所述待生成信号在第三周期的电平跳变时刻，所述第三周期为第二周期的下一个周期； 所述设置模块，还用于根据所述检测模块检测到的所述输出电压得到第三占空比，所述第三占空比用于设置所述待生成信号在第四周期和所述第三周期的电平跳变时刻，所述第四周期为所述第三周期的下一个周期。
9.一种电源，其特征在于，包括返驰式转换电路和上述权利要求5-8任一项所述的生成脉冲宽度调制信号的装置，所述装置的输出端与所述返驰式电路中的开关管相连，所述装置生成的脉冲宽度调制信号通过所述输出端输出到所述开关管，用于控制开关管的导通或关断。
【文档编号】H02M1/08GK103715872SQ201410003334
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】翦志强, 张灿烂, 戴路加 申请人:深圳市金宏威技术股份有限公司