有源钳位反激(ACF)变换器控制方案(4)

如前几期内容所述，ACF要实现高效率就必须满足功率管ZVS的需求。要实现ZVS就需要采用合适的控制方案。前几期中的控制策略在实现ZVS方面基本都是直接或间接的调节钳位管的导通时间，增大谷值电流，从而实现主功率管ZVS。这期内容中所采用的动态谐振周期控制（dynamic resonant periodcontrol, DRPC）策略也是通过调节钳位管的导通时间而调节谷值电流实现的，但是不同的是，该控制策略让ACF工作在非互补模式，从而降低钳位管的导通损耗，实现效率的更优化。该控制方法由台湾交通大学提出，所采用控制框图如图1所示，具体的控制模式简述如下。

图1 DRPC控制框图

1. 重载下的DPRC模式

该模式下，ACF的栅驱动信号非互补导通输出，见图2所示。其中Tm为主功率管ML工作波形，Taux为钳位管MH工作波形。Taux只在Tm为0的第③区域为高电平，这样的好处在于可以尽可能的降低谐振电流的有效值，从而产生较小的钳位管导通损耗。通过调节Taux的时间长度，可以调节谷值电流的大小。只要Taux的时间调节足够精确，就可以使ACF在全输入电压范围下都能够恰好实现ZVS。这样，通过这种控制方式，即降低了死区损耗的大小，也降低了钳位管损耗的大小，从而可以进一步优化效率。

图2 DRPC下ACF工作波形

2. 中载下的QR模式

当负载下降到一定范围时，ACF将工作在传统反激的准谐振QR工作模式，波形见图3。在该模式下，Tm的时间长度基本不变，通过调节Tm的开通位置实现谷值导通。这样，系统工作在轻微变频状态，从而使输出电压能够在不同负载保持稳定。

图3 QR下的ACF工作波形

3. 轻载下的FF模式

当负载进一步下降时，系统工作在频率折叠（frequency-foldback，FF）模式。该模式和QR刚好相反，谷底导通的位置保持不变，都在第六个谷底时开通主功率管，但Tm的导通时间不断减小，用于实现不同负载下的调节。该模式下的频率变化比QR变化剧烈。

图4 FF下的ACF工作波形

4. 待机下的绿色模式

当负载非常小时，ACF工作在绿色模式。该模式下，Tm的导通时间保持不变，开关频率保持不变。

图5 绿色模式下的ACF工作波形

通过这四个工作模式，ACF既实现在不同负载下的稳压调节目标，也实现ZVS的调节功能，实现较高的效率工作。开关频率的变化曲线如图6所示。

图6 该控制方式下的频率变化曲线

该控制方式的优缺点简单分析如下：

1） ACF真正实现ZVS的负载范围较窄，只能在DRPC模式下实现。虽然可以提高重载下ACF的峰值效率，但ACF的平均效率预估较低；

2） DRPC模式下实现ACF的能量主要依靠漏感中的能量，需要漏感大于一定的值，ZVS才可以在全输入范围内轻松实现；

3） DRPC模式下副边电流出现“双包”波形，不利于同步整流控制；

4） DRPC模式下钳位管并不是严格的ZVS开启，可能会增大钳位管开关损耗；

5） DRPC模式下钳位管具有较长的续流时间，不适合采用GaN半导体功率器件；

6） QR模式和FF模式下的谷底导通位置对控制要求较高，也需要考虑实际电路参数的漂移影响；

7）频率变化范围较宽，不利于磁性元件设计。