氮化镓充电器ACF电路应用方案
一、ACF电路简介
氮化镓(GaN)超越了硅的基本优势。特别是较高临界的电场对于具有出色的特定导通电阻和较小的电容的功率半导体器件来说非常有吸引力。与硅开关相比,GaN HEMT更适合高速开关。
为了充分发挥氮化镓产品体积小的优势,ACF电路在氮化镓PD充电器上被广泛应用,但同时也增加了设计难度。
有源钳位反激(Active Clamp Flyback,ACF)电路是能够实现软开关的拓扑电路,由于软开关可以实现零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)或零电流关断(ZeroCurrent Switching,ZCS),所以实现软开关能够减小ACF电路中开关管的开关损耗。
二、ACF电路架构
ACF电路包括ACF主功率电路、PWM控制器、和电压反馈电路,ACF主功率电路包括主开关管和钳位开关管;
PWM控制器根据电压反馈电路获取的ACF主功率电路的输出电压Vo调整主开关管S1的占空比;PWM控制器根据ACF主功率电路中主开关管S1的工作状态调整ACF主功率电路中的控制参数,以使主开关管S1工作在软开关状态。本申请实施例调整及时,另外,PWM控制器还能够根据ACF主功率电路中主开关管S1的工作状态调整ACF主功率电路中的控制参数,以使主开关管S1工作在软开关状态;这样减少了主开关管的开关损耗,提高了ACF电路的效率。
ACF电路实际工作时,ACF电路中开关管的运行状态可能是:过软开关状态、硬开关状态、或者软开关状态。当开关管为软开关状态时,ACF电路的开关损耗最低,效率最高。
三、ACF电路如何工作在软开关状态
为了使ACF电路中的开关管工作在软开关状态,在现有技术中,通常采用两种方法来实现
一种方法是采用定频法,另一种方法是利用模数变换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)对体现ZVS特征的信号进行数字化后再进行控制。
其中,定频法是通过参数设计保证在一定条件下实现ZVS,需要说明的是,这种方法不具备自适应性,不能根据ACF电路中开关管工作状态的改变调整开关频率,导致在某些工作状态下可能使ACF电路中的开关管工作在过软开关状态或者硬开关状态,不能满足输入输出全范围内整体性能最优。
采用ADC的方法是通过高速ADC变换器将体现ZVS特征的信号(比如,电压或电流振荡,vds下降沿等)数字化,由控制器计算处理并调整电路中的信号,这种方法能够实现全范围输入输出范围内的ZVS,但是这种方法要使用ADC变换器,电路复杂,资源消耗大,成本高。同时受限于检测电路、ADC变换器及控制器的速度,导致整个检测转换控制过程慢,难以做到快速实时调整,尤其在高频场合下应用受限明显。
发明内容
还有一种ACF电路的控制方法和ACF电路,能够及时地对ACF电路中的开关器件进行控制,使开关器件工作在软开关状态,有利于减少ACF中开关器件的开关损耗。
所述ACF电路包括:ACF主功率电路、脉宽调制(Pulse-Width Modulation,PWM)控制器、和电压反馈电路,所述ACF主功率电路包括主开关管S1和钳位开关管S2;所述方法包括:
所述PWM控制器根据所述电压反馈电路获取的所述ACF主功率电路的输出电压Vo调整主开关管S1的占空比;
PWM控制器根据ACF主功率电路中所述主开关管S1的工作状态调整ACF主功率电路中的控制参数,以使主开关管S1工作在软开关状态;其中,主开关管S1的工作状态包括:硬开关状态和非硬开关状态,非硬开关状态包括:软开关状态和过软开关状态。
PWM控制器能够根据ACF主功率电路的输出电压调整主开关管的占空比,调整及时,另外,PWM控制器还能够根据ACF主功率电路中主开关管S1的工作状态调整ACF主功率电路中的控制参数,以使主开关管S1工作在软开关状态;这样能够减少主开关管的开关损耗,提高ACF电路的效率。
附图 氮化镓超级快充充电器+PD移动电源应用方案