变换器的死区时间处理方法、装置及变换器与流程

1.本发明涉及电子电路领域，具体而言，涉及一种变换器的死区时间处理方法、装置及变换器。


背景技术：

2.有源钳位反激变换器的原边绕组和主开关管串联，其原边绕组和钳位管并联，变换器利用钳位支路回收功率回路中漏感能量，并利用励磁电感的反向励磁为主开关管的zvs(zero voltage switch，零电压开通)创造条件。钳位管的导通使与其串联的钳位电容上的电压加到变压器的原边绕组上，励磁电感具备负向电流，在钳位管关断之后，励磁电感的电流不能突变，负向电流将开关节点寄生电容上的电荷泄放掉；经过死区时间之后，开关节点电压泄放为零电压，此时开通主开关管可实现主开关管的zvs，并消除开通损耗及寄生电容充放电损耗，回收漏感能量。即死区时间和励磁电感的负向电流对主开关管是否可实现zvs有重要影响。在有源钳位反激变换器的输入电压降低时，为了保证变换器的效率，变换器从dcm模式(discontinuous conduction mode，非连续导通模式)转换至ccm模式(continuous conduction mode，连续导通模式)。
3.相关技术中，为了适应变换器输入电压降低时变换器模式的转变，在变换器处于dcm模式设置一个较大的死区时间，在ccm模式下设置一个较小的死区时间，在变换器由cdm模式转换至ccm模式时，死区时间由设置的较大值直接跳变到设置的较小值，这会导致如下问题：一方面，死区时间的突变会导致能量的突变，造成临界工作条件下变换器环路稳定性差的问题；另一方面，变换器由dcm模式向ccm模式转变的过程中，仍存在部分有利于实现主开关管zvs的负向电流，死区时间突然变小会使主开关管在开关节点电压尚未将至最低点就开通。
4.综上所述，在相关技术中，变换器由dcm模式向ccm模式转变时，存在死区时间突变所导致的变换器环路稳定性差，以及主开关管无法在开关节点电压降至最低点开通的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种变换器的死区时间处理方法、装置及变换器，以至少解决相关技术中，在变换器由dcm模式向ccm模式转变时，存在死区时间突变所导致的变换器环路稳定性差，以及主开关管无法在开关节点电压降至最低点时开通的的技术问题。
6.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种变换器的死区时间处理方法，包括：获取变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率；基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，其中，过零点时刻为主开关管关断后，励磁电感电流减小至零的时刻；获取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差；基于时间差确定变换器的原边的死区时间，其中，死区时间为钳位管的关断时刻到变换器的主开关管开通的时间段。
7.作为一种可选实施例，获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率，包括：获取第一电压阈值和第二电压阈值；获取在变换器的主开关管关断后副边电压为第一电压阈值时的第一时刻，以及副边电压为第二电压阈值时的第二时刻；基于第一电压阈值和第二电压阈值，以及第一时刻和第二时刻，确定在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率。
8.作为一种可选实施例，基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，包括：基于变化斜率，确定副边电流与时间之间的变换关系；基于变换关系，确定变换器的原边的励磁电感电流为零时对应的过零点时刻。
9.作为一种可选实施例，基于时间差确定变换器的原边的死区时间，包括：将时间差转换为电压信号；基于预定比例确定电压信号的分压信号；基于分压信号确定变换器的原边的死区时间。
10.作为一种可选实施例，基于分压信号确定变换器的原边的死区时间，包括：基于分压信号确定第一死区时间；获取第一死区时间与预定死区时间之间的差值；在差值大于预定差值的情况下，确定第一死区时间为变换器的原边的死区时间；或者，在差值小于或等于预定差值的情况下，确定预定死区时间为变换器的原边的死区时间。
11.作为一种可选实施例，在基于时间差确定变换器的原边的死区时间之后，方法还包括：将确定的死区时间反馈至的变换器的原边控制器，用于原边控制器基于死区时间对钳位管和主开关管进行控制。
12.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种变换器的死区时间处理装置，包括：斜率检测单元，用于获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率；过零点计算单元，用于基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，其中，过零点时刻为主开关管关断后，励磁电感电流减小至零的时刻；死区时间处理单元，用于获取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差，以及基于时间差确定变换器的原边的死区时间，其中，死区时间为钳位管的关断时刻到变换器的主开关管开通的时间段。
13.作为一种可选实施例，装置还包括：差分放大电路，用于在变换器的主开关管关断后对从副边采集的电压信号进行差分放大处理，得到差分放大后的信号，并将差分放大后的信号输出至斜率检测单元。
14.作为一种可选实施例，死区时间处理单元包括：电压转换与比例设置单元，用于将时间差转换为电压信号，以及设置预定比例；死区时间调节单元，用于基于预定比例确定电压信号的分压信号，以及基于分压信号确定变换器的原边的死区时间。
15.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种变换器，包括：原边绕组，原边控制器，副边绕组和副边控制器，主开关管、钳位管以及整流管，其中，原边控制器通过主开关管和钳位管对原边绕组的输出进行控制，副边控制器通过整流管连接于副边绕组，副边控制器包括上述任一项的变换器的死区时间处理装置，副边控制器还用于将变换器的死区时间处理装置获得的死区时间反馈至原边控制器，用于原边控制器基于死区时间对钳位管和主开关管进行控制。
16.在本发明实施例中，通过获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率，基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，获
取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差，基于时间差确定变换器的原边的死区时间。根据变换器副边电流的变换斜率可以获取变换器副边励磁电流的过零点时刻，根据副边励磁电流的过零点时刻可以确定原边励磁电感电流的过零点时刻。随着变换器输入电压的降低，原边励磁电感电流的过零点时刻越来越接近钳位管的关断时刻，因此在变换器的输入电压降低时，过零点时刻与钳位管的关断时刻间的时间差也随之减小，基于该时间差确定的死区时间也随之减小。即基于零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差确定变换器死区时间，则在变换器电压降低时，死区时间会缓慢变小，而不是发生突变，进而解决了相关技术中，在变换器由dcm模式向ccm模式转变时，存在死区时间突变所导致的变换器环路稳定性差，以及主开关管无法在开关节点电压降至最低点时开通的技术问题。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1是根据本发明实施例的一种可选的变换器死区时间处理方法的流程图；
19.图2是根据本发明实施例的一种可选的变换器死区时间处理装置的框架图；
20.图3是相关技术中有源钳位反激变换器的拓扑图；
21.图4是相关技术中有源钳位反激变换器关键信号时序图；
22.图5是根据本发明实施例的另一种可选的变换器死区时间处理装置的框架图；
23.图6是根据本发明实施例的一种可选的变换器关键信号时序图；
24.图7是根据本发明实施例的一种可选的变换器斜率检测单元的电路示意图；
25.图8是根据本发明实施例的一种可选的变换器过零点计算单元的电路示意图；
26.图9是根据本发明实施例的一种可选的变换器电压转换与比例设置单元的电路示意图；
27.图10是根据本发明实施例的一种可选的变换器死区时间处理单元的电路示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
30.根据本发明实施例，提供了一种变换器死区时间处理方法的方法实施例，需要说明的是，在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
31.图1是根据本发明实施例的一种可选的变换器死区时间处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
32.步骤s101，获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率。
33.需要明白的是，在主开关管关断后，变换器的副边电流先增大然后减小，在钳位管开通后，变换器的副边电流增大，并在钳位管关断后减小。则主开关管关断后副边电流第一次减小的变化区间，指的是主开关管关断至钳位管开通的区间内，副边电流随时间增加而减小的变化区间。
34.步骤s102，基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，其中，过零点时刻为主开关管关断后，励磁电感电流减小至零的时刻。
35.需要明白的是，副边电流随时间线性变化，根据副边电流的变化斜率可以确定副边电流的过零点时刻，这一过零点时刻并非副边电流实际减小到零的时刻，而是根据副边电流的变化斜率推算出的副边电流减小到零的时刻。副边电流的过零点时刻与励磁电感电流的过零点时刻相对应，因此，根据副边电流的过零点时刻可以确定励磁电感电流的过零点时刻。
36.步骤s103，获取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差。
37.步骤s104，基于时间差确定变换器的原边的死区时间，其中，死区时间为钳位管的关断时刻到变换器的主开关管开通的时间段。
38.在本可选实施例中，通过获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率，基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，获取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差，基于时间差确定变换器的原边的死区时间。根据变换器副边电流的变换斜率可以获取变换器副边励磁电流的过零点时刻，根据副边励磁电流的过零点时刻可以确定原边励磁电感电流的过零点时刻。随着变换器输入电压的降低，原边励磁电感电流的过零点时刻越来越接近钳位管的关断时刻，因此在变换器的输入电压降低时，过零点时刻与钳位管的关断时刻间的时间差也随之减小，基于该时间差确定的死区时间也随之减小。即基于零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差确定变换器死区时间，则在变换器电压降低时，死区时间会缓慢变小，而不是发生突变，进而解决了相关技术中，在变换器由dcm模式向ccm模式转变时，存在死区时间突变所导致的变换器环路稳定性差，以及主开关管无法在开关节点电压降至最低点时开通的技术问题。即，本可选实施例提供的方法，在变换器从励磁电感电流断续模式(dcm))和连续模式(ccm)之间过渡的过程中，死区时间平滑变化，消除了对变换器控制环路稳定性的影响；并且根据本方法对死区时间的控制，使得变换器处在励磁电感电流断续模式和连续模式之间的临界状态时，可以实现主开关管在开关节点电压的最低值开通，提升了转换器效率。
39.作为一种可选实施例，获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率的方法可包括：获取第一电压阈值和第二电压阈值，以及在变换器的主开关管关断后副边电压为第一电压阈值时的第一时刻、副边电压为第二电压阈值时的第二时刻；基于第一电压阈值和第二电压阈值，以及第一时刻和第二时刻，获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率。
40.需要明白的是，在主开关管关断后，变换器副边电流先增加再减小，在钳位管开通后副边电流增加，并在钳位管关断后减小。在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率，为主开关管关断且钳位管未开通时副边电流随时间增加而减小的变化斜率。变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率，等于第一电压阈值和第二电压阈值之间差值，与第一时刻和第二时刻差值的比值。基于第一阈值和第二阈值，以及第一时刻和第二时刻确定变化斜率，方法简单，且获取的变化斜率准确度高。
41.作为一种可选实施例，基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻的方法可包括：基于变化斜率，确定副边电流与时间之间的变换关系；基于变换关系，确定变换器的原边的励磁电感电流为零时对应的过零点时刻。
42.在本可选实施例中，根据副边电流与时间之间的变换关系可以获取副边电流的过零点时刻，变换器副边电流的过零点时刻和变换器原边的励磁电感电流的过零点时刻相同，因此可以根据变换器副边电流的过零点时刻，准确获取变换器原边的励磁电感电流的过零点时刻。需要明白的是，副边电流在钳位管开通后增加，而钳位管会超前励磁电感电流的过零点时刻开通，即钳位管超前副边电流的过零点时刻开通，钳位管开通后，副边电流增加，因此副边电流未实际减小至零点，基于副边电流与时间之间的变换关系获取的副边电流的过零点时刻并非副边电流实际减小至零的时刻，而是基于副边电流与时间之间的变换关系获取的计算值。
43.作为一种可选实施例，基于时间差确定变换器的原边的死区时间的方法可包括：将时间差转换为电压信号；基于预定比例确定电压信号的分压信号；基于分压信号确定变换器的原边的死区时间。
44.在本可选实施例中，通过预定比例，对由时间差转换的电压信号进行分压，根据分压信号确定死区时间，使用基于该方法获取的死区时间控制主开关管的开通，可以使主开关管在节点电压将至最低点时开通。
45.在一个可选实施例中，根据死区时间和时间差的关系合理设置转换电压的比例值，将该比例值作为预定比例，对由时间差转换的电压信号进行分压，获取分压信号，并基于该分压信号确定死区时间。基于该方法获取的死区时间更合理，根据该死区时间控制主开关管的开通，可以实现主开关管在节点电压将至最低点时开通。
46.作为一种可选实施例，基于分压信号确定变换器的原边的死区时间的方法可包括：基于分压信号确定第一死区时间；获取第一死区时间与预定死区时间之间的差值；在差值大于预定差值的情况下，确定第一死区时间为变换器的原边的死区时间；或者，在差值小于或等于预定差值的情况下，确定预定死区时间为变换器的原边的死区时间。
47.作为一种可选实施，基于分压信号确定变换器的原边的死区时间的方法可包括：基于分压信号确定第一死区时间；在第一死区时间大于预定死区时间阈值的情况下，确定第一死区时间为变换器的原边的死区时间；或者，在差值小于或等于预定死区时间阈值的情况下，确定预定死区时间为变换器的原边的死区时间。
48.在本可选实施例中，预定死区时间小于或者等于预定死区时间阈值。当第一死区时间小于或等于死区时间阈值时，说明第一死区时间已足够小，此时将预定死区时间作为变换器的原边的死区时间，相当于在第一死区时间小于或者等于预定死区时间阈值时，将死区时间直接由第一死区时间变化至预定死区时间，因为二者之间的差值小，所以这种变
化是平滑缓慢的变化。由此，可以在提高处理效率的同时，保证了变换器环路稳定性，并确保主开关管在开关节点电压将至最低点时开通。
49.在一些可选实施例中，基于时间差确定变换器的原边的死区时间之后，将确定的死区时间反馈至的变换器的原边控制器，用于原边控制器基于死区时间对钳位管和主开关管进行控制。使用随着变换器输入电压而缓慢变化的死区时间控制主开关管的开通，可以实现主开关管在开关节点电压将至最低点时开通。
50.图2是根据本发明实施例的一种可选的变换器死区时间处理装置的框架图，参照图2所示，变换器的死区时间处理装置包括斜率检测单元201、过零点计算单元202、死区时间处理单元203。下面分别说明。
51.斜率检测单元201，用于获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率；过零点计算单元202，连接于上述斜率检测单元201，用于基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，其中，过零点时刻为主开关管关断后，励磁电感电流减小至零的时刻；死区时间处理单元203，连接于上述过零点计算单元202，用于获取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差，以及基于时间差确定变换器的原边的死区时间，其中，死区时间为钳位管的关断时刻到变换器的主开关管开通的时间段。
52.此处需要说明的是，上述斜率检测单元201、过零点计算单元202对应与前述实施例中的步骤s101和步骤s102，死区时间处理单元203对应与前述实施例中的步骤s103和步骤s104。
53.作为一种可选实施例，装置还包括：差分放大电路，用于在变换器的主开关管关断后对从副边采集的电压信号进行差分放大处理，得到差分放大后的信号，并将差分放大后的信号输出至斜率检测单元。
54.作为一种可选实施例，死区时间处理单元包括：电压转换与比例设置单元，用于将时间差转换为电压信号，以及设置预定比例；死区时间调节单元，用于基于预定比例确定电压信号的分压信号，以及基于分压信号确定变换器的原边的死区时间。
55.本发明还提供了一种变换器，包括：原边绕组，原边控制器，副边绕组和副边控制器，主开关管、钳位管以及整流管，其中，原边控制器通过主开关管和钳位管对原边绕组的输出进行控制，副边控制器通过整流管连接于副边绕组，副边控制器包括前述任一项的变换器的死区时间处理装置，副边控制器还用于将变换器的死区时间处理装置获得的死区时间反馈至原边控制器，用于原边控制器基于死区时间对钳位管和主开关管进行控制。
56.基于上述实施例及可选实施例，提供了一种可选实施方式，下面具体说明。
57.相关技术中，有源钳位反激变换器的拓扑图如图3所示。参照图3，变换器的原边绕组n
p
一端和漏磁电感lk的一端相连，另一端和钳位管ma的源极、主开关管m
p
的漏极、开关节点寄生电容c
par
的一端四点相连，钳位管ma的漏极和钳位电容ca的一端相连，钳位电容ca的另一端和漏磁电感lk的另一端相连，主开关管m
p
的源极经电阻后接地，开关节点寄生电容c
par
的另一端接地；钳位管ma的栅极、主开关管m
p
的栅极、主开关管m
p
的源极分别对接原边控制器的输入端。图4是有源钳位反激变换器关键信号时序图，参照图4所示，钳位管ma和主开关管m
p
交替开通，变换器处于互补交替模式。图4中，g_m
p
为主开关管栅极驱动电压波形，g_ma为钳位管ma栅极驱动电压波形，ds_m
p
为主开关管m
p
漏极即开关节点电压波形，i
lm
为励磁
电感lm电流波形，i
lk
为漏感lk电流波形，t
dap
为钳位管ma关断到主开关管m
p
开通的死区时间，t
on_a
为励磁电流过零到钳位管ma关断的延时，i
pkp
为励磁电感lm正向电流峰值，i
pkn
为励磁电感lm负向电流峰值。
58.变换器利用钳位支路回收功率回路中漏感的能量，并利用励磁电感lm的反向励磁为主开关管的zvs创造条件。钳位管ma的导通使钳位电容ca上的电压加到变压器的原边绕组n
p
上，励磁电感lm具备负向电流；钳位管ma关断之后，励磁电感lm电流不能突变，负向电流将开关节点寄生电容c
par
上的电荷泄放掉；经过死区时间之后，主开关管m
p
开关节点电压泄放为零电压，此时，开通主开关管m
p
即可实现zvs，消除开通损耗及寄生电容充放电损耗，并回收漏感能量。
59.根据上述有源钳位反激变换器的工作原理可以得出，实现主开关管zvs的两个关键参量为励磁电感的负向电流及死区时间。励磁电感lm的负向电流由钳位管ma导通时间决定，具体为n
ps
*v
out
/lm*t
on_a
，其中，n
ps
为变压器原副边绕组的匝数比，v
out
为变换器的输出电压。因为变换器的功率等级多种多样，且同一变换器的工况随输入电压和负载随时变化，所以，为了实现各种条件下主开关管m
p
的zvs，往往需要钳位管ma导通时间和死区时间进行自适应调节，以实现效率最优化。
60.然而，在较大功率的应用场合，满载条件下随着输入电压的降低，为了保证一定的励磁电感负向电流，系统工作频率进一步降低。此时，励磁电感的电流峰值(i
pkp-i
pkn
)较大，主开关管m
p
导通损耗、变压器绕组的损耗和磁芯损耗较大，出现变换器效率下降的情况，这就限制了变换器的输入电压范围。为了提升低输入电压下的效率，可以将变换器配置为随输入电压降低工作在励磁电流的ccm模式，并且利用漏感的能量尽量实现主开关管的zvs。此时，虽然漏感能量不足以完全将开关节点电荷泄放掉，但由于系统工作频率被限制为定频，励磁电感电流的峰值降低，功率管的导通损耗及变压器损耗降低，使变换器的整体效率得到提升。
61.随着输入电压降低，变换器逐渐从dcm模式过渡到ccm模式，励磁电感负向电流逐渐减小到零。而变换器在dcm模式下存在负向电流，并且自适应调节时，死区时间与励磁电感和开关节点寄生电容的谐振周期有关；变换器在ccm模式下不存在负向电流，死区时间与漏感和开关节点寄生电容的谐振周期有关。
62.相关技术中，是在dcm模式下设置一个较大的死区时间，在ccm模式下设置一个较小的死区时间，然后通过检测母线电压判断输入电压的高低，进而进行死区时间的切换。这种死区时间的控制方式存在两个缺点：其一，死区时间的突变带来能量的突变，容易造成临界工作条件下环路稳定性的问题；其二，在dcm向ccm过渡的过程中，励磁电感lm仍然存在部分负向电流，该电流是有利于实现主开关管zvs的，若死区时间保持不变使得开关节点电压回调后才开通主开关管，若死区时间突然变小则使得开关节点电压尚未掉到最低点就开通主开关管了。
63.鉴于此，在本公开实施方式中，提供了一种变换器死区时间处理装置，通过获取在变换器的主开关管关断后副边电流第一次减小的变化斜率，基于副边电流的变化斜率，获取变换器的原边的励磁电感电流的过零点时刻，获取过零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差，基于时间差确定变换器的原边的死区时间。基于零点时刻与变换器的钳位管的关断时刻之间的时间差确定变换器死区时间，在变换器电压降低时，死区时间会
缓慢变小，而不是发生突变，进而解决了相关技术中，在变换器由dcm模式向ccm模式转变时，存在死区时间突变所导致的变换器环路稳定性差，以及主开关管无法在开关节点电压降至最低点时开通的技术问题。
64.图5是根据本发明实施例的另一种可选的变换器死区时间处理装置的框架图。参照图5所示，装置包括差分放大器(相当于前述的差分放大电路)、斜率检测单元、过零点计算单元、电压转换与比例设置单元，以及死区时间调节单元。装置在变换器的副边实现，变换器的副边绕组中串联连接有同步整流管。
65.其中，差分放大器的正负输入端分别对接同步整流管的源极和漏极，差分放大器的输出端分别对接斜率检测单元的第一输入端和第二输入端，斜率检测单元的第一输出端和第二输出端分别对接过零点计算单元的第一输入端和第二输入端，过零点计算单元的输出端对接电压转换与比例设置单元的输入端，电压转换与比例设置单元的输出端对接死区时间调节单元的输入端，死区时间调节单元输出死区时间。
66.下面对各单元的工作原理进行说明。
67.差分放大器，用于获取同步整流管的源极和漏极之间的电压差，并将该电压差进行放大，进而将其转换为容易处理的幅值较大的电压，并将电压信号输出至斜率检测单元。
68.斜率检测单元将放大的电压信号与预设的第一电压阈值和第二电压阈值进行比较，获取放大信号经过两个预设电压阈值的时间差信号，并将该时间差信号作为控制信号输入至过零点计算单元。
69.过零点计算单元依据接收的时间差信号计算副边电流过零点的时刻，并由此确定励磁电感电流的过零点时刻，根据励磁电感过零点时刻和钳位管的关断时刻，可以获取励磁电感电流的过零点与钳位管关断时刻间的时间差。在获取该时间差后，将该时间差输入至电压转换与比例设置单元。其中，钳位管关断时刻为钳位管驱动信号下降沿时刻。其中，第一电压阈值大于第二电压阈值，将第一电压阈值大于第二电压阈值的差值与放大信号经过两个预设电压阈值的时间差作比，可以得到主开关管段后，副边电流随时间变化的变化斜率。将第一阈值或第二阈值作为时间起点，结合副边电流随时间变化的变化斜率，可以获取副边电流的过零点时刻。
70.电压转换与比例设置单元将励磁电感电流的过零点与钳位管关断时刻间的时间差转换为电压信号，并根据预设比例对电压信号进行分压，然后将分压信号输入至死区时间调节单元。
71.死区时间调节单元根据分压信号对死区时间进行线性调节，并对死区时间进行最小值限制，该最小值(相当于前述实施例中的预定死区时间)为漏感与开关节点电容谐振电压的半周期。
72.图6是根据本发明实施例的一种可选的变换器关键信号时序图。参照图6所示，g_m
p
为变换器主开关管栅极驱动电压波形，g_ma为钳位管栅极驱动电压波形，ds_m
p
为开关节点电压波形，i
lm
为励磁电感电流波形，i
lk
为漏感电流波形，i
sec
为变换器副边电流波形，i
pkn
为励磁电感负向电流峰值，t
on_a
为钳位管导通时间，t
dap
为钳位管关断到主开关管开通的死区时间，t
on_act
为励磁电流过零点到i
pkn
的时间，钳位管关断后，主开关管的开关节点电压的波形遵循以下公式：
[0073][0074][0075]
其中，v
in
为变换器的输入电压，lm为励磁电感，c
par
为开关节点寄生电容的电容值，ω为周期参数，t为时间，n
ps
为原边绕组和副边绕组的匝数比值，v
out
为变换器副边输出电压。
[0076]
上述公式，可根据正弦及余弦函数的级数展开近似为：
[0077][0078]
相对于励磁电感lm与开关节点电容c
par
的谐振周期，变换器从钳位管关断到主开关管开通的死区时间比较小，只要ωt≦1，开关节点电压就可以表示为：
[0079][0080]
钳位管关断之后，励磁电流由负转正之前必须开通主开关管，否则ds_mp的电压会发生回调，最优的开通点为励磁电流由负转正的时刻。这一时刻随着励磁电感负向峰值电流绝对值的减小而提前，随着负向峰值电流的增大而延后。钳位管关断之后，励磁电流的瞬态值i(t)可以表示为：
[0081][0082]
由此，可以计算得到励磁电流由负转正的时刻(以钳位管关断为0时刻)tn→
p
为：
[0083][0084]
励磁电感负向峰值电流i
pkn
为：
[0085][0086]
其中，t
on_act
为励磁电感电流过零点时刻至钳位管关断时刻的时间差。
[0087]
所以，可以将t
on_act
的值带入上述公式得到励磁电流由负转正的时刻，此时刻对应最优的死区时间。然而公式的计算对于模拟控制电路来说，实现难度很大，因此可以根据公式体现出来的函数关系，采取合理的近似进行处理。近似处理的死区时间t
dap
与t
on_act
的关系为：
[0088]
t
dap
＝k*t
on_act
[0089]
其中，k为比例系数。
[0090]
下面结合时间处理装置中各单元对死区时间处理装置的工作原理进行说明。
[0091]
差分放大器的正负输入端分别跨接在同步整流管的源极和漏极，差分放大器对同
步整流管的源极和漏极间的电压差v
dson
进行放大后，获取的放大信号amp
_out
如下式所示：
[0092]
amp
_out
＝a
×v_dson
[0093]
其中，a为差分放大器的放大倍数。
[0094]
斜率检测单元设置第一电压阈值v
th_h
和第二电压阈值v
th_l
，差分放大器的放大信号amp
_out
和这两个阈值比较之后输出经过这两个阈值的时间差信号，并将时间差信号对应的控制信号输出至过零点计算单元。控制信号分别控制过零点计算单元中不同的恒流源给零点计算单元中的两个电容充电，并对比两个电容的电压，根据两个电容的电容值和两个恒流源的电流设置计算出副边电流的过零点时刻，然后结合过零点计算单元接收的钳位管驱动信号，获取励磁电感电流过零点时刻与钳位管关断时刻之间的时间差t
on_act
，将时间差t
on_act
输入至电压转换与比例设置单元，电压转换与比例设置单元将时间差t
on_act
通过电容充电及采样保持转换为电压信号，并根据死区时间和时间差t
on_act
的关系合理设置转换电压的比例，根据比例对电压进行分压，然后将分压信号输入至死区时间调节单元，死区时间调节单元根据分压信号逐周期的调节死区时间。
[0095]
在本可选实施方式中，采用主开关管关断一定时间后再开通钳位管，钳位管开通一小段时间后再开通主开关管的非互补控制模式，这与相关技术中钳位管和主开关管交替导通的互补控制模式不同。变换器在非互补控制模式下，其副边电流随时间线性变化，检测副边电流过零点时刻即可以得到励磁电感电流的过零点时刻。根据过零点时刻与钳位管关断时刻间的时间差，对初始设置的死区时间进行调节，使变换器从dcm模式向ccm模式过渡的过程中，死区时间可以平滑过渡到最小值，同时实现主开关管在开关节点谐振电压的谷底开通。
[0096]
钳位管在励磁电感电流过零时刻开通，导通时间决定了励磁电感负向电流的峰值。设置合适的死区时间，并且依据自适应调节的方法，实时调节钳位管的导通时间，进而调节励磁电感负向电流的峰值，使得主开关管可以在不同工况下实现zvs。随着输入电压的降低变换器进入ccm模式，钳位管超前于励磁电感电流过零时刻开通，副边电流在钳位管导通期间升高，此时，难以直接检测副边电流和励磁电感电流的过零时刻。
[0097]
本可选实施方式通过设置两个不同的阈值，检测副边电流经过这两个阈值的时间差，根据时间差和这两个阈值获得副边电流变化的斜率，再根据电流变化的斜率即可计算出励磁电感电流的过零时刻。计算出来的过零时刻到实际钳位管关断的时间差t
on_act
与励磁电感电流的负向峰值成正比，因为负向电流峰值直接决定了开关节点电压下掉的幅值，因此可以根据时间差t
on_act
的减小逐渐减小钳位管关断到主开关管开通的死区时间。在t
on_act
低于一定阈值之后，将死区时间切换到最小值，此最小值对应于漏感和开关节点寄生电容谐振电压的半个周期。
[0098]
下面对各单元的电路连接进行说明。
[0099]
图7是根据本发明实施例的一种可选的变换器斜率检测单元的电路示意图。参照图7所示，斜率检测单元包括第一比较器u1、第二比较器u2、第一d触发器d1和第一非门b1。
[0100]
第一比较器u1的正向输入端和第二比较器u2的正向输入端分别构成斜率检测单元的第一输入端和第二输入端，即差分放大器的输出端分别与第一比较器u1的正向输入端和第二比较器u2的正向输入端相连。第一比较器u1的负向输入端接入第一电压阈值v
th_h
，第二比较器u2的负向输入端接入第二电压阈值v
th_l
。第一比较器u1的输出端对接第一d触
发器d1的触发端，第二比较器u2的输出端分别对接第一d触发器d1的复位端和第一非门b1的输入端。第一d触发器d1的d输入端接高电位；第一d触发器d1的q输出端和第一非门b1的输出端分别构成控制信号生成单元的第一输出端和第二输出端；第一d触发器d1的q输出端输出第一控制信号t
ch1
，第一非门b1的输出端输出第二控制信号t
ch2
；第一控制信号t
ch1
的大小等于第二时间，第二控制信号t
ch2
为第一控制信号t
ch1
的反相信号。
[0101]
结合图6，第一d触发器d1的q输出端输出第一控制信号t
ch1
为：
[0102][0103]
其中，r
dson
为同步整流管漏极和源极间的阻抗，m为副边电流变化的斜率。
[0104]
图8是根据本发明实施例的一种可选的变换器过零点计算单元的电路示意图。参照图8所示，过零点计算单元包括第一电流源i1、第二电流源i2、第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第一电容c1、第二电容c2、第三比较器u3、第二d触发器d2和脉冲发生器s1。
[0105]
其中，第一电流源i1和第二电流源i2均接高电位，第一电流源i1的输出端和第二电流源i2的输出端分别和第一开关k1的一端、第二开关k2的一端相连，第一开关k1的控制端和第二开关k2的控制端分别与控制信号生成单元的第一输出端和第二输出端相连；第一开关k1的另一端和第一电容c1的一端、第三开关k3的一端、第三比较器u3的正向输入端四点相连，第一电容c1的另一端和第三开关k3的另一端相连并接地；第二开关k2的另一端和第二电容c2的一端、第四开关k4的一端、第三比较器u3的负向输入端四点相连，第二电容c2的另一端和第四开关k4的另一端相连并接地；第三开关k3的控制端和第四开关k4的控制端、第二d触发器d2的复位端、脉冲发生器s1的输出端四点相连；第三比较器u3的输出端和第二d触发器d2的触发端相连，第二d触发器d2的d输入端接高电位，第二d触发器d2的q输出端输出第一时间信号，第二d触发器d2的q输出端构成时间获取单元的输出端；脉冲发生器s1的输入端接钳位管的驱动信号。
[0106]
其中，脉冲发生器s1在钳位管驱动信号的下降沿产生一个高电平窄脉冲，用于复位第二d触发器d2以及第一电容c1和第二电容c2。第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3和第四开关k4的控制端都是高电平有效，且第一开关k1受控于第一控制信号导通，并通过第一电流源i1为第一电容c1充电，充电结束时第一电容c1的电压v
c1
为：
[0107][0108]
第一电容c1的电压保持到当前周期钳位管驱动信号的下降沿到来，在钳位管驱动信号的下降沿到来之前，第二控制限号t
ch2
使得k2导通，电流源i2给电容c2充电，c2电压达到c1保持的电压，第三比较器u3翻转，第二d触发器d2受到第三比较器u3的输出信号触发，第二d触发器d2的q输出端信号t
on_act
翻转为高电平。t
on_act
翻转为高电平相对于t
ch2
翻转为高电平的时间差t
on_act_lh
，可通过以下公式计算：
[0109][0110]
通过合理设置公式中的参量，可以将t
on_act
翻转为高电平的时刻对应到励磁电感电流过零时刻。比如，v
th_h
/(a*r
dson
)＝4a，v
th_l
/(a*r
dson
)＝2a，i1＝i2，c1＝c2，励磁电流的
斜率保持不变，则电流从4a降到2a和从2a降到0a的时间一样，电容c1和c2充电的时间一样，c2充电到c1电压的时刻，即第二d触发器d2被触发对应励磁电流过零，第二d触发器d2在钳位管关断时刻复位，则t
on_act
的高电平宽度就表征了负向励磁电感电流的峰值。
[0111]
图9是根据本发明实施例的一种可选的变换器电压转换与比例设置单元的电路示意图。参照图9所示，电压转换与比例设置单元包括第五开关k5、第六开关k6、第七开关k7、第三电流源i3、第一缓冲器f1、第二缓冲器f2、第三电容c3、第四电容c4、第一电阻r1、第二电阻r2和控制信号产生电路。
[0112]
其中，第三电流源i3的输入端接高电位，第三电流源i3的输出端接第五开关k5的一端；第五开关k5的控制端对接时间获取单元的输出端，第五开关k5的另一端和第三电容c3的一端、第六开关k7的一端和第一缓冲器f1的正向输入端四端相连；第三电容c3的另一端和第六开关k7的另一端相连并接地，第六开关k7的控制端对接控制信号产生电路的第一输出端；第一缓冲器f1的负向输入端和第一缓冲器f1的正向输入端、第六开关k6的一端三点相连；第六开关k6的另一端和第四电容c4的一端、第二缓冲器f2的正向输入端三点相连，第六开关k6的控制端接控制信号产生电路的另一输出端；控制信号产生电路的输入端对接时间获取单元的输出端；第四电容c4的另一端接地，第二缓冲器f2的负向输入端和第二缓冲器f2的输出端、第一电阻r1的一端相连，第一电阻r1的另一端和第二电阻r2的一端相连，连接点构成电压转换与比例设置单元的输出端；第二电阻r2的另一端接地。
[0113]
其中，控制信号产生电路输入励磁电感电流过零点与钳位管关断之间的时间差信号t
on_act
信号，并分别产生滞后于t
on_act
的控制信号一和控制信号二，控制信号二滞后于控制信号一。控制信号一控制k6导通实现对第三电容c3电压的采样，控制信号二控制第七开关k7导通实现对第三电容c3的复位，第七开关k7导通时第六开关k6已经关断。第一缓冲器f1和第二缓冲器f2具备单位增益，第三电容c3的充电峰值电压v
c3
为：
[0114][0115]
电压转换与比例设置电路输出的死区时间调节电压信号v
d_ctrl
为采样保持在电容c4上的电压的分压值，具体为：
[0116][0117]
图10是根据本发明实施例的一种可选的变换器死区时间处理单元的电路示意图。参照图10所示，变换器死区时间处理单元包括：第四电流源i4、第五电容c5、第八开关k8、第四比较器u4、叠加电压v1、第三d触发器u3、第一或门h1和最小死区设置电路。
[0118]
其中，第四电流源i4的输入端接高电位，第四电流源i4的输出端和第五电容c5的一端、第八开关k8的一端、第四比较器u4的负向输入端四点相连；第五电容c5的另一端、第八开关k8的另一端相连并接地；第四比较器u4的正向输入端对接电压转换与比例设置单元的输出端；第四比较器u4的输出端和第三d触发器u3的复位端相连，第三d触发器u3的d输入端接高电位，第三d触发器u3的触发端接钳位管驱动信号，第三d触发器u3的q输出端和第一或门的一个输入端、第八开关k8的控制端三点相连，第一或门的另一输入端对接最小死区设置电路的输出端，第一或门的输出端输出死区时间调节信号。
[0119]
其中，叠加电压v1为直流电压，叠加电压v1叠加在v
d_ctrl
电压信号上，用于设置最
初的死区时间。最小死区设置电路用于根据漏感和开关节点电容谐振周期设置最小的死区时间，在励磁电感电流ccm模式下，实现主开关管在开关节点谐振电压的谷底开通。
[0120]
dcm模式向ccm模式过渡过程中的死区时间t
dap
为：
[0121][0122]
其中，v801叠加电压v1的幅值。
[0123]
通过合理设置公式中的参量，可使得死区时间与t
on_act
之间的关系为固定斜率的线性关系，然后基于该线性关系对死区时间进行控制。
[0124]
本可选实施方式提供的死区时间处理装置，存在如下优点：一方面，在变换器从励磁电感电流断续模式向连续模式过渡的过程中，死区时间平滑变化，消除了对控制环路稳定性的影响；另一方面，通过对死区时间的控制，使得变换器处在励磁电感电流断续模式和连续模式之间的临界状态时，可以实现主开关管在开关节点电压的最低值开通，提升效率。
[0125]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0126]
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0127]
上述实施例，基于死区时间与励磁电感负向峰值电流之间的函数关系，对函数进行一定程度的线性简化之后给出具体的实现电路。应该理解到，上述实施例所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0128]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0129]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0130]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。