一种提高反激式谐振开关电源CCM模式转换效率的方法

1.一种提高反激式谐振开关电源CCM模式转换效率的方法，基于软开关反激谐振电路的控制系统，其特征在于：包括电流检测模块、状态检测模块、PWM模块、输出反馈模块以及驱动模块构成的控制系统与受控的开关电源连接起来构成闭环，该控制系统基于ONOFF控制方法，在软启动状态或ONOFF状态下对开关电源进行控制，其中：电流检测模块用于采集实现恒压算法的基本参数，包括一个比较器COMP1和一个D触发器D1，比较器COMP1的正端连接原边采样电阻电压Vs，负端接地，比较器COMP1输出信号VCOMP1连接D触发器D1的D输入端，D触发器D1的时钟端连接时钟信号CLK，作为系统的工作时钟CK，D触发器D1的输出端Q输出信号VCOMP1’，比较信号VCOMP1和VCOMP1’均输出给状态检测模块和PWM模块；状态检测模块用于判断控制系统的工作状态是软启动状态还是ONOFF状态，包括一个计数器Counter1和一个D触发器D2，状态检测模块的输入信号为电流检测模块输出的比较信号VCOMP1、VCOMP1’和驱动模块输出的开关控制信号duty，状态检测模块的输出信号为输出给输出反馈模块、PWM模块和驱动模块的工作状态信号State；定义State＝0为软启动状态，State＝1为ONOFF状态；D触发器D2的输入端D连接驱动模块输出的开关控制信号duty，时钟端输入时钟信号CLK作为系统的工作时钟CK，D触发器D2的输出端Q输出信号duty’电流检测模块输出的比较信号VCOMP1、VCOMP1’和驱动模块输出的开关控制信号duty以及D触发器D2的输出信号duty’均作为计数器Counter1的输入信号，计数器Counter1输出工作状态信号State；输出反馈模块用于实现ONOFF状态下控制开关电源输出电压Vo的纹波大小，输出反馈模块的输入信号为副边输出电压Vo和状态检测模块输出的工作状态信号State，包括两个比较器COMP2和COMP3以及一个SR锁存器latch1，比较器COMP2将输出电压Vo与输出电压上限Vmax比较后输出VCOMP2连接至SR锁存器latch1的R端；比较器COMP3将输出电压下限Vmin与输出电压Vo比较输出VCOMP3连接至SR锁存器latch1的S端，比较器COMP2的正端接Vo，负端接输出电压上限Vmax，输出为VCOMP2，比较器COMP3的正端接输出电压下限Vmin，负端接Vo，输出为VCOMP3，SR锁存器latch1的Q端输出信号与状态控制信号State为一个与门and1的两个输入信号，与门的输出即为ONOFF使能信号Enable_ONOFF输出给驱动模块和PWM模块；PWM模块用于控制开关电源的MOS管导通时间和关断时间，精确实现原边MOS管的零电流ZCS关断和准零电压ZVS开启，最大化降低原边MOS管的开关损耗；PWM模块的输入信号为输出反馈模块输出的ONOFF使能信号Enable_ONOFF、状态检测模块输出的工作状态信号State、电流检测模块输出的比较信号VCOMP1、VCOMP1’和驱动模块输出的开关控制信号duty，PWM模块的输出信号为输入到驱动模块的MOS管关断信号Flag_off和MOS管开启信号Flag_on，以实现基于软启动及ONOFF两个不同的工作状态对开关控制信号duty进行调制；驱动模块的输入为PWM模块输出的MOS管关断信号Flag_off和MOS管开启信号Flag_on以及状态检测模块输出的工作状态信号State和输出反馈模块输出的ONOFF使能信号Enable_ONOFF，驱动模块输出调制后的相应占空比的开关控制信号duty，对开关电源MOS管的开通和关断进行控制，实现开关电源效率的提升。 2.根据权利要求1所述的提高反激式谐振开关电源CCM模式转换效率的方法，其特征在于：所述状态检测模块在系统上电后初始状态为State＝0，当开关控制信号duty和电流检测模块输出信号VCOMP1、VCOMP1’满足： 时，计数器开始计数counter1＝counter1+1；当duty＝0， 且counter_Temp<counter1时，将计数器counter1的值赋给初始值赋为0的临时变量counter_Temp，即counter_Temp＝counter1；当duty＝0， 且counter1＝counter_Temp时，计数器counter1和counter_Temp全部清零；当counter1达到n时，5<＝n<＝20，即连续n个开关周期，原边电流在MOS管导通阶段均存在负电流，说明电路状态已经稳定，则输出工作状态信号State＝1，即跳出软启动状态，进入ONOFF状态。 3.根据权利要求1所述的提高反激式谐振开关电源CCM模式转换效率的方法，其特征在于：所述输出反馈模块在系统处于State＝0即软启动状态时，ONOFF使能信号Enable_ONOFF置零；当系统处于State＝1即ONOFF状态、且VCOMP2＝1时ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝0，系统进入OFF状态，MOS管关断，初级绕组不会再向次级绕组传递能量，次级输出电压Vo开始下降，直至VCOMP3＝1，ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1，系统进入ON状态，MOS管开启，输出反馈模块将ONOFF使能信号Enable_ONOFF输出给驱动模块和PWM模块。 4.根据权利要求1所述的提高反激式谐振开关电源CCM模式转换效率的方法，其特征在于：所述PWM模块包括三个计数器counter2、counter3、counter4和一个时间计数单元，计数器counter2是用来计数State＝1即ONOFF状态下MOS管导通时原边电流零点个数，其输入信号为工作状态信号State、ONOFF使能信号Enable_ONOFF、开关控制信号duty以及电流检测模块输出信号VCOMP1和VCOMP1’，输出为MOS管关断信号Flag_off，在State＝1、Enable_ONOFF＝1的情况下，当duty＝1， 时，计数器counter2开始计数；当duty＝0时，计数器counter2清零，当计数器counter2＝2时即输出MOS管关断信号Flag_off；计数器counter3用来计数State＝0即软启动状态下MOS管导通时间以及State＝1即ONOFF状态下MOS管关闭时原边电流零点，其输入信号为工作状态信号State、ONOFF使能信号Enable_ONOFF、开关控制信号duty以及电流检测模块输出信号VCOMP1和VCOMP1’，输出为MOS管开启信号Flag_on，当duty＝0， 时，计数器counter3开始计数；当duty＝1时，计数器counter3清零，当counter3计数达到要求即可输出MOS管开启信号Flag_on，计数器counter4用于控制State＝0即软启动状态下MOS管导通时间以及State＝1即ONOFF状态下原边电流在MOS管导通阶段恒大于零，即时间长度Ttap＝0时的MOS管关断，其输入信号为开关控制信号duty，输出为MOS管关断信号Flag_off，当duty＝1时，计数器counter4开始计数；当duty＝0时，计数器counter4清零；时间计数单元用于计数State＝1即ONOFF状态下的计数器counter2>＝1且计数器counter2<＝2时的时间长度Ttap，所以时间计数单元的输入信号是counter2和工作状态信号State，输出信号是时间长度Ttap，计数器counter4和counter3分别用于控制State＝0状态下的MOS管导通时间和MOS管关断时间；在State＝1状态下，ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1的前提下，由counter2和counter4共同控制MOS管导通时间，counter3控制MOS管关断时间，时间计数单元也是在State＝1状态下工作；若工作状态信号State＝0，即系统处于软启动状态，系统给定导通时间Tonmax，此时一个开关周期内原边MOS管导通时间即为Tonmax，当计数器counter4计数到系统给定导通时间Tonmax时，MOS管关断信号Flag_off置为1并输入到驱动模块；当计数器counter3计数到4时，即为原边MOS管关闭后，原边电流的第四个零点，根据电容电压与电流的关系，此时对应原边MOS管关闭后漏源电压Vds谐振时的第二个谷底，即在这个时候导通MOS管可将开关损耗降到最低，此时将MOS管开启信号Flag_on置为1并输入到驱动模块；若工作状态信号State＝1，即系统处于ONOFF控制状态，当ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1，计数器counter2＝2或者Enable_ONOFF＝1，计数器counter2＝0，计数器counter4计数到系统给定导通时间Tonmax时，MOS管关断信号Flag_off置为1，并由时间计算单元计算计数器counter2>＝1且计数器counter2<＝2时的时间长度Ttap，当Ttap较大时，原边电流在MOS管导通阶段的负电流较大，并且负电流时间较长，返回电源的能量较大，传递给副边绕组的能量较少，系统整体效率较低，故当Ttap较小或者原边电流在MOS管导通时刚刚大于零时，即为最佳工作点，当系统工作点靠近最佳工作点时，系统整体效率较高，系统给定一个Ttap的临界值Tset，若Ttap>Tset，当前工作点远离最佳工作点，则本工作周期在原边MOS管关闭后漏源电压Vds谐振时的第一个谷底处导通MOS管，即减小了MOS管关闭时间的同时也保证了在谷底导通，MOS管关断时间减小，则副边电流下降就减少，相应的下一工作周期原边电流整体被拉高，Ttap也就随之减小，使下一工作周期系统工作点靠近最佳工作点，即当ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1，计数器counter3＝2时，MOS管开启信号Flag_on置为1；若Ttap＝0，当前工作周期原边电流在MOS管导通阶段恒大于零，即没有过零点，则本工作周期在原边MOS管关闭后漏源电压Vds谐振时的第二个谷底处，MOS管导通，下一工作周期整体拉低原边电流，使下一工作周期系统工作点靠近最佳工作点，即当ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1，计数器counter3＝4时，MOS管开启信号Flag_on置为1；若0<Ttap<＝Tset，当前工作周期系统工作点较为理想，逼近最佳工作点，仍维持上一周期的工作状态，即当ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1，计数器counter3＝N时，N对应着上一工作周期的工作状态，若上一工作周期，MOS管在关闭后漏源电压Vds谐振时的第二个谷底处导通，则N＝4；若上一工作周期，MOS管在关闭后漏源电压Vds谐振时的第一个谷底处导通，则N＝2，MOS管开启信号Flag_on置为1；PWM模块将MOS管关断信号Flag_off以及MOS管开启信号Flag_on输出到驱动模块，以实现对开关控制信号duty的控制。 5.根据权利要求1所述的提高反激式谐振开关电源CCM模式转换效率的方法，其特征在于：所述驱动模块包括一个SR锁存器latch2、两个反相器inverter1和inverter2及两个与门and2和and3，SR锁存器latch2的S端接MOS管导通信号Flag_on，R端接MOS管关断信号Flag_off，SR锁存器latch2的输出端Q端连接与门and2的一个输入端，状态控制信号State连接与门and3的一个输入端，ONOFF使能信号Enable_ONOFF经反相器inverter1后连接与门and3的另一个输入端，与门and3的输出经反相器inverter2后连接与门and2的另一个输入端，与门and2输出开关控制信号duty；当工作状态信号State＝0时，驱动模块在MOS管开启信号Flag_on＝1时，将开关控制信号duty置1，即将原边MOS管导通，在MOS管关断信号Flag_off＝1时，将开关控制信号duty置0，即将原边MOS管关断；当工作状态信号State＝1，ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝0时，电路处于OFF状态，驱动模块将开关控制信号duty置0；当工作状态信号State＝1，ONOFF使能信号Enable_ONOFF＝1时，系统处于ON状态，驱动模块在MOS管开启信号Flag_on＝1时，将开关控制信号duty置1，即将原边MOS管导通，在MOS管关断信号Flag_off＝1时，将开关控制信号duty置0，即将原边MOS管关断；重复上述过程进行循环控制开关电源MOS管的开通和关断，以使系统更加稳定，从而获得更高的工作效率。