CN110557022A - 控制psfb变换器的方法及psfb变换器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制PSFB变换器的方法、装置及存储介质，属于电源技术领域。所述方法包括：控制电路在控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作一段时间之后，控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作。其中，第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时第一桥臂为超前桥臂、第二桥臂为滞后桥臂，在第二状态下工作时第一桥臂为滞后桥臂、第二桥臂为超前桥臂。因此，通过本申请，可以使第一桥臂在一段时间内为超前桥臂，在另一段时间内为滞后桥臂，同样使第二桥臂在一段时间内为滞后桥臂，在另一端时间内为超前桥臂，从而使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致，以此提高PSFB变换器的可靠性。

Description

控制PSFB变换器的方法及PSFB变换器
技术领域
本申请涉及电源技术领域，特别涉及一种控制移相全桥(phase shifted fullbridge，PSFB)变换器的方法及PSFB变换器。
背景技术
PSFB变换器可以将直流电转换为不同电压的(如更低电压的)直流电。PSFB变换器的可靠性需要提高。
发明内容
本申请提供了一种控制PSFB变换器的方法及PSFB变换器，可以提高PSFB变换器的可靠性。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种控制PSFB变换器的方法，所述方法包括：
控制电路控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，并控制计时器开始计时。其中，所述PSFB变换器包括第一桥臂和第二桥臂。所述第一桥臂包括第一MOSFET和第二MOSFET，所述第二桥臂包括第三MOSFET和第四MOSFET。所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第一驱动信号被输入至所述第一MOSFET的栅极。所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第二驱动信号被输入至所述第二MOSFET的栅极。所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第三驱动信号被输入至所述第三MOSFET的栅极。所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第四驱动信号被输入至所述第四MOSFET的栅极。所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号均为周期性信号。所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号的频率相同且为驱动频率。所述第一驱动信号与所述第二驱动信号之间互补。所述第三驱动信号与所述第四驱动信号之间互补。且所述第一时钟和所述第二时钟在所述第一状态下工作时所述第一桥臂为超前桥臂、所述第二桥臂为滞后桥臂。在所述计时器的计时时长到达第一阈值时，所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至第二状态下工作。所述第一时钟和所述第二时钟在所述第二状态下工作时所述第一桥臂为滞后桥臂、所述第二桥臂为超前桥臂。
如果PSFB变换器的两个桥臂的寿命不一致，那么PSFB变换器的寿命将取决于两个桥臂中寿命较短的桥臂，从而导致PSFB变换器的可靠性较差。其中，桥臂的寿命与桥臂的损耗相关。在PSFB变换器中，四个MOSFET的导通损耗和开启损耗基本为0，因此每个MOSFET的损耗基本为该MOSFET的关断损耗。相应地，每个桥臂的损耗也基本为该桥臂包括的两个MOSFET的关断损耗之和。因此，如果两个桥臂对应的两个关断损耗之间的差异较大，将影响PSFB变换器的可靠性。而在PSFB变换器工作的过程中，超前桥臂的关断损耗大于滞后桥臂的关断损耗。所以，在本申请中，控制电路在工作时间达到阈值之后，对调超前桥臂和滞后桥臂的角色。因此，通过本申请提供的控制方法，可以使第一桥臂在一段时间内为超前桥臂，在另一段时间内为滞后桥臂，同样使第二桥臂在一段时间内为滞后桥臂，在另一段时间内为超前桥臂，从而使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致，以此提高PSFB变换器的可靠性。
其中，第一桥臂与第二桥臂形成一个四边形，第一MOSFET位于四边形的第一角，第二MOSFET位于四边形的第二角，第三MOSFET位于四边形的第三角，第四MOSFET位于四边形的第四角，第一角和所述第三角之间互为对角，第二角和第四角之间互为对角。
可选地，所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至第二状态下工作，包括：将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差设置为转换前相位差的相反数，转换前相位差为第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差。
在本申请中，控制电路可以通过改变第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差来控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作。当第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时，第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差为转换前相位差，若将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差设置为与转换前相位差的相反数，就可以实现将第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作。
可选地，所述将所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差设置为转换前相位差的相反数，包括：逐渐改变所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差，直至所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差为所述转换前相位差的相反数。
在本申请中，为了避免因第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差发生突变，而引起PSFB变换器的异常，在将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差设置为与转换前相位差的相反数时，可以逐渐改变第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差。
可选地，所述方法还包括：在逐渐改变所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差的过程中，逐渐改变所述驱动频率，以使所述相位差和所述驱动频率的乘积在目标范围之内。
当与PSFB变换器连接的输入电源的电压固定时，通过PSFB变换器加载至负载两端的电压与占空比相关，而占空比为第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差和驱动频率之间的乘积。因此，改变第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的过程中，对驱动频率进行相应调整可以避免负载两端的电压剧烈变化。
可选地，所述方法还包括：所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至所述第二状态下工作时，所述控制电路控制所述计时器重新开始计时，在所述计时器新的计时时长到达第二阈值时，所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至所述第一状态下工作。
在本申请中，可以控制第一时钟和第二时钟循环在第一状态下和第二状态下工作，以提高PSFB变换器的可靠性。
第二方面，提供了一种PSFB变换器，所述PSFB变换器包括第一桥臂、第二桥臂、功率输出电路和控制电路。
所述第一桥臂和所述第二桥臂并联，所述第一桥臂包括第一MOSFET和第二MOSFET，所述第二桥臂包括第三MOSFET和第四MOSFET，所述功率输出电路的第一输入端与所述第一桥臂的桥臂中点连接，所述功率输出电路的第二输入端与所述第二桥臂的桥臂中点连接。
所述控制电路包括第一时钟、第二时钟和计时器，所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第一驱动信号被输入至所述第一MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第二驱动信号被输入至所述第二MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第三驱动信号被输入至所述第三MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第四驱动信号被输入至所述第四MOSFET的栅极，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号均为周期性信号，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号的频率相同且为驱动频率，所述第一驱动信号与所述第二驱动信号之间互补，所述第三驱动信号与所述第四驱动信号之间互补。
所述控制电路具有实现上述第一方面中控制PSFB变换器的方法行为的功能。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种PSFB变换器的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种功率输出电路示意图；
图3是本申请实施例提供的一种驱动信号示意图；
图4是本申请实施例提供的一种控制PSFB变换器的方法流程图；
图5是本申请实施例提供的另一种驱动信号示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图1是本申请实施例提供的一种PSFB变换器的结构示意图，如图1所示，PSFB变换器100包括第一桥臂101、第二桥臂102、功率输出电路103和控制电路104。
如图1所示，PSFB变换器100具有正负电源输入端口，分别为正电源输入端口V+和负电源输入端口V-，输入电源可以通过正负电源输入端口与PSFB变换器连接，以通过PSFB变换器将能量传递至负载。第一桥臂101和第二桥臂102并联在PSFB变换器100的正负电源输入端口上。第一桥臂101包括第一MOSFETM1和第二MOSFET M2，第二桥臂102包括第三MOSFET M3和第四MOSFETM4。
其中，第一桥臂101并联在PSFB变换器100的正负电源输入端口上是指：第一MOSFET M1的漏极和正电源输入端口V+连接，第一MOSFET M1的源极和第二MOSFET M2的漏极连接。第二桥臂102并联在PSFB变换器100的正负电源输入端口上是指：第二MOSFET M2的源极和负电源输入端口V-连接。第四MOSFET M4的漏极和正电源输入端口V+连接，第四MOSFET M4的源极和第三MOSFET M3的漏极连接。第三MOSFET M3的源极和负电源输入端口V-连接。通过该连接关系可知，第一桥臂与第二桥臂形成一个四边形，第一MOSFET位于四边形的第一角，第二MOSFET位于四边形的第二角，第三MOSFET位于四边形的第三角，第四MOSFET位于四边形的第四角，第一角和第三角之间互为对角，第二角和第四角之间互为对角。上述MOSFET中的一个或多个的源极和漏极可以互换。
控制电路104包括第一时钟T1、第二时钟T2和计时器T3。控制电路104基于第一时钟T1输出第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2，以及基于第二时钟T2输出第三驱动信号DR3和第四驱动信号DR4。第一驱动信号DR1输入至第一MOSFET M1的栅极，第二驱动信号DR2输入至第二MOSFET M2的栅极，第三驱动信号Drive3输入至第三MOSFET M3的栅极，第四驱动信号Drive4输入至第四MOSFET M2的栅极。也即是，控制电路输出的基于第一时钟的第一驱动信号被输入至第一MOSFET的栅极，控制电路输出的基于第一时钟的第二驱动信号被输入至第二MOSFET的栅极，控制电路输出的基于第二时钟的第三驱动信号被输入至第三MOSFET的栅极，控制电路输出的基于第二时钟的第四驱动信号被输入至第四MOSFET的栅极。
计时器T3用于进行计时。控制电路104通过计时器T3对第一时钟T1和第二时钟T2进行控制，来实现本申请实施例提供的控制PSFB变换器的方法。
控制电路104控制第一时钟和第二时钟产生的信号为数字信号。这种情况下，控制电路104还可以包括两个驱动电路，分别为第一驱动电路和第二驱动电路。第一驱动电路和第一时钟连接，用于将第一时钟产生的数字信号转换为第一驱动信号和第二驱动信号。第二驱动电路和第二时钟连接，用于将第二时钟产生的数字信号转换为第三驱动信号和第四驱动信号。
另外，控制电路104还包括控制芯片，该控制芯片可以为MCU、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或数字信号处理器(digital signalorocessor，DSP)等。上述第一驱动电路和第二驱动电路可以集成在控制芯片之内，也可以部署在控制芯片之外，本申请实施例在此不做具体限定。
另外，在申请实施例中，控制电路104存在多种上电方式，比如，控制电路104还可以包括额外电源，该额外电源用于为控制电路供电。又比如，控制电路104通过其他变换器与输入电源连接，由输入电源通过其他变换器对控制电路104上电。其他变换器为区别与PSFB变换器的电压转换器，用于将输入电源的电压转换至控制电路104所需的电压。再比如，当负载所需的电压和控制电路104所需的电压差不多时，控制电路104还可以直接连接在PSFB变换器的输出端，由PSFB变换器的输出端对控制电路104进行供电。
另外，第一驱动电路和第二驱动电路也需要上电，具体的上电方式可以参考控制电路104的上电方式，在此不再详细阐述。
图2是本申请实施例提供的一种功率输出电路103的示意图，如图2所示，功率输出电路103有两个输入端，分别为第一输入端1031和第二输入端1032。功率输出电路103还有两个输出端，分别为第一输出端1033和第二输出端1034。如图1所示，第一输入端1031与第一桥臂101的桥臂中点连接，第二输入端1032与第二桥臂102的桥臂中点连接，第一输出端1033和第二输出端1034连接在负载R的两端。桥臂中点是指对应的桥臂包括的两个MOSFET之间的连接处。
在一种可能的实现方式中，如图1或图2所示，功率输出电路103包括谐振电感LR、变压器T、两个二极管D1和D2、输出电感LOUT和输出电容COUT。谐振电感LR的一端为功率输出电路103的第一输入端1031，谐振电感LR的另一端与变压器T的初级线圈NP的一端连接，变压器T的初级线圈NP的另一端为功率输出电路103的第二输入端1032。变压器T的次级线圈为两个，分别为次级线圈N1和次级线圈N2。次级线圈N1的一端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与输出电感LOUT的一端连接。次级线圈N1的另一端与次级线圈N2的一端连接，次级线圈N2的另一端与二极管D2的阳极连接。二极管D2的阴极也与输出电感LOUT的一端连接，输出电感LOUT的另一端与负载R的一端连接，负载R的另一端与次级线圈N1的另一端连接。输出电容COUT与负载R并联。输出电容COUT与负载R并联是指，输出电容COUT的一端连接在功率输出电路的第一输出端，输出电容COUT的另一端连接在功率输出电路的第二输出端。输出电感LOUT的另一端为功率输出电路103的第一输出端1033，次级线圈N1的另一端和次级线圈N2的一端为功率输出电路103的第二输出端1034。另外，如图1所示，功率输出电路103的第二输出端1034接地。
在另一种可能的实现方式中，图1或图2所示的功率输出电路中可以不包括谐振电感LR，这种情况下，变压器T的初级线圈的两端即为功率输出电路的两个输入端。其他连接关系如图1或图2所示，在此不再详细阐述。
可选地，如图1所示，PSFB变换器100还可以包括滤波电容CIN，滤波电容CIN并联在PSFB变换器的正负电源输入端口上，用于对输入电源进行滤波。
可选地，当PSFB变换器与负载R连接时，如图1所示，控制电路104还包括电压测量端口，电压测量端口与负载R的一端连接，控制电路104可以基于该电压测量端口确定负载R两端的电压。
为了后续便于说明，在此先对PSFB变换器的工作原理进行解释说明。
在本申请实施例中，四个驱动信号均为周期性的信号，且四个驱动信号的频率相同。为了便于说明，将四个驱动信号的频率称为驱动频率。其中，第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2为一对互补的驱动信号。第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2互补是指，当第一驱动信号DR1为高电平信号时，第二驱动信号DR2为低电平信号，当第二驱动信号DR2为高电平信号时，第一驱动信号DR1为低电平信号。同样地，第三驱动信号DR3和第四驱动信号DR4为一对互补的驱动信号。
如图1所示，当第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2均为高电平信号时，或者，当第三驱动信号DR3和第四驱动信号DR4均为高电平信号时，将导致输入电源短路。为避免短路，在第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2之间设置死区时间，该死区时间为第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2均为低电平的时间。相应地，在第三驱动信号DR3和第四驱动信号DR4之间也设置死区时间。通常该死区时间特别短，比如可以为0.5ms或1ms等。
图3是本申请实施例提供的一种驱动信号示意图，如图3所示，四个驱动信号均为周期性的方波信号，其中，第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2之间互补，第三驱动信号DR3和第四驱动信号DR4之间互补。由于死区时间极短，因此，在图3中，并没有将第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2之间的死区时间，以及第三驱动信号DR3和第四驱动信号Drive4之间的死区时间标记出来。
如图3所示，第一驱动信号DR1和第三驱动信号DR3之间的相位差为正值，第二驱动信号DR2和第四驱动信号DR4之间的相位差为正值。第一驱动信号DR1和第三驱动信号DR3之间的相位差为正值是指，从第一驱动信号DR1的上升沿到第三驱动信号DR3的上升沿需要经历一段时长。由于第一驱动信号DR1和第二驱动信号DR2之间互补，第三驱动信号DR3与第四驱动信号DR4之间互补，因此，第一驱动信号DR1和第三驱动信号DR3之间的相位差与第二驱动信号DR2和第四驱动信号DR4之间的相位差相同。
基于上述图3所示的驱动信号和图1所示的PSFB变换器的结构，如图3所示，PSFB变换器的工作过程可以分为以下几个阶段：
(1)t1-t3
在t1时，第一驱动信号DR1和第三驱动信号DR3同时为高电平信号，第一MOSFET M1和第三MOSFET M3均处于导通状态，流经初级线圈NP的电流将变大。到达t2时，由于初级线圈NP自耦合的原因，电流变大的速度将减慢，直至t3，流经初级线圈NP的电流增加到最大。
在这段时间内，由于流经初级线圈NP的电流一直在变大，因此，次级线圈N1和次级线圈N2中将产生电流。变压器T的初级线圈NP和两个次级线圈之间存在同名端(在图1中将初级线圈NP和两个次级线圈的同名端采用黑点标记)，同名端为电流方向一致的端口。由此可知，在t1-t3这段时间内，从次级线圈N1流向二极管D1的阳极的电流为正向电流，从次级线圈N2流向二极管D2的阳极的电流为负向电流，因此，在t1-t3这段时间内，二极管D1导通、二极管D2关闭，次级线圈N1、二极管D1、输出电感LOUT和输出电容COUT形成一个回路，以向负载R提供能量。
(2)t3-t4
到达t3时，第一MOSFET M1关断，第二MOSFET M2开启。此时，第二MOSFET M2和第三MOSFET M3均处于导通状态，谐振电感LR、初级线圈NP、第二MOSFET M2和第三MOSFET M3构成一个电路，谐振电感LR和初级线圈NP中存储的能量将进行放电，流经初级线圈NP的电流将变小。
这段时间内仍是二极管D1导通、二极管D2关闭，次级线圈N1、二极管D1、输出电感LOUT和输出电容COUT形成一个回路，以向负载R提供能量。
(3)t4-t6
到达t4时，第三MOSFET M3关断，第四MOSFET M4开启。此时，第二MOSFET M2和第四MOSFET M4均处于导通状态，由输入电源供电，流经初级线圈NP的电流将反向增加，到达t5时，由于初级线圈NP自耦合的原因，电流变大的速度将减慢，直至t6，流经初级线圈NP的电流反向增加到最大。
在这段时间内，从次级线圈N1流向二极管D1的阳极的电流为负向电流，从次级线圈N2流向二极管D2的阳极的电流为正向电流，因此，在t4-t6这段时间内，二极管D1关闭、二极管D2导通，次级线圈N2、二极管D2、输出电感LOUT和输出电容COUT形成一个回路，以向负载R提供能量。
(5)t6-t7
到达t6时，第二MOSFET M2关断，第一MOSFET M1开启。这时，第一MOSFET M1和第四MOSFET M4均处于导通状态。此时，谐振电感LR、变压器T、第一MOSFET M1和第四MOSFET M4构成一个电路，谐振电感LR和变压器T中存储的能量将进行放电，流经初级线圈NP的电流将变小。达到t7时，进入下一个周期。在这段时间内，由次级线圈N2、二极管D2、输出电感LOUT和输出电容COUT形成一个回路，以向负载R提供能量。
如图3所示，在第一MOSFET M1和第三MOSFET M3均是导通状态之前，第一MOSFETM1已经开启，在第二MOSFET M2和第四MOSFET M4均是导通状态之前，第二MOSFET M2也已经开启，因此，在图3所示的四个驱动信号的控制下，第一桥臂为超前桥臂，第二桥臂为滞后桥臂。在本申请实施例中，如果第一时钟T1和第二时钟T2输出的四个驱动信号为图3所示的驱动信号，那么将称第一时钟和第二时钟在第一状态下工作。
如图3所示，由于t3时刻的电流大于t4时刻的电流，致使第一MOSFET M1的关断损耗大于第三MOSFET M3的关断损耗，同样地，第二MOSFET M2的关断损耗也大于第四MOSFETM4的关断损耗。如果PSFB变换器一直在图3所示的驱动信号下工作，也即是，如果控制器一直控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，这样将导致在很长一段时间内，第一桥臂的关断损耗大于第二桥臂的关断损耗，从而导致PSFB变换器的可靠性较差。因此，本申请实施例提供了一种控制PSFB变换器的方法，以提高PSFB变换器的可靠性。
图4是本申请实施例提供的一种控制PSFB变换器的方法流程图，应用于上述PSFB变换器，如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤401：控制电路控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，并控制计时器开始计时，第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时第一桥臂为超前桥臂、第二桥臂为滞后桥臂。
其中，控制电路控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，在上述介绍PSFB变换器的结构时已经进行了详细的解释说明，在此不再阐述。
在本申请实施例中，为了避免第一桥臂一直处于超前桥臂的状态，第二桥臂一直处于滞后桥臂的状态，控制电路控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时，控制电路还需控制计时器开始计时，以使第一时钟和第二时钟在第一状态下工作一段时间后，进行超前桥臂和滞后桥臂的互换，以此来提高PSFB变换器的可靠性。
步骤402：在计时器的计时时长到达第一阈值时，控制电路控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作，第一时钟和第二时钟在第二状态下工作时第一桥臂为滞后桥臂、第二桥臂为超前桥臂。
其中，控制电路控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作，也即是，控制电路基于第一时钟重新输出第一驱动信号和第二驱动信号，基于第二时钟重新输出第三驱动信号和第四驱动信号，这时，第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差为负值，第二驱动信号和第四驱动信号之间的相位差也为负值。这样的话，当四个驱动信号按照图1所示的方式分别输入至在四个MOSFET的栅极时，第一桥臂为滞后桥臂，第二桥臂为超前桥臂。
由于在本申请实施例中，第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差与第二驱动信号和第四驱动信号之间的相位差相同。因此，对第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差进行调整，也即是，对第二驱动信号和第四驱动信号之间的相位差进行调整。因此，在一种可能的实现方式中，步骤402具体可以为：将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差设置为转换前相位差的相反数，转换前相位差为第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差。
图5是本申请实施例提供的另一种驱动信号的示意图，如图5所示，第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差为负值，第二驱动信号和第四驱动信号之间的相位差也为负值。第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差为负值是指：从第三驱动信号的上升沿到第一驱动信号的上升沿需要经历一段时长。第二驱动信号和第四驱动信号之间的相位差为负值是指：从第四驱动信号的上升沿到第二驱动信号的上升沿也需要经历一段时长。
在图5所示的驱动信号下，在t1时，第一驱动信号和第三驱动信号同时为高电平信号，第一MOSFET M1和第一MOSFET M3均处于导通状态，流经初级线圈NP的电流将变大。到达t2时，由于初级线圈NP自耦合的原因，电流变大的速度将减慢。到达t3时，第三MOSFET M3关断，第四MOSFET M4开启，第一MOSFET M1和第四MOSFET M4均处于导通状态，谐振电感LR、变压器T、第一MOSFET M1和第四MOSFET M4构成一个回路，谐振电感LR和变压器T中存储的能量将进行放电，流经初级线圈NP的电流将变小。到达t4时，第一MOSFET M1关断，第二MOSFETM2开启，第二MOSFET M2和第四MOSFET M4均处于导通状态，由输入电源VIN供电，流经初级线圈NP的电流将反向增加，到达t5时，由于初级线圈NP自耦合的原因，电流变大的速度将减慢。达到t6时，第四MOSFET M4关断，第三MOSFET M3开启，第二MOSFET M2和第三MOSFET M3均处于导通状态，谐振电感LR、变压器T、第二MOSFET M2和第三MOSFET M3构成一个回路，谐振电感LR和变压器T中存储的能量将进行放电，流经初级线圈NP的电流将变小。达到t7时，进入下一个周期。其中，如图4所示，在第一MOSFET M1和第三MOSFET M3均为导通状态之前，第三MOSFET M3已经开启，在第二MOSFET M2和第四MOSFET M4均为导通状态之前，第四MOSFETM4也已经开启。因此，在图5所示的驱动信号下，第一桥臂为滞后桥臂，第二桥臂称为超前桥臂。
进一步地，为了避免由于第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差发生突变，而引起PSFB变换器的异常，在将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差设置为与转换前相位差的相反数时，可以逐渐改变第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差，直至第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差为转换前相位差的相反数。
在一种可能的实现方式中，可以逐渐减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差，当第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差为0时，继续减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差，直至第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的绝对值等于转换前相位差。
其中，逐渐减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的实现方式可以为：在第一驱动信号的每个上升沿时，判断第一驱动信号与第三驱动信号之间的当前相位差是否为0。如果第一驱动信号与第第三驱动信号之间的当前相位差不为0，则将第一驱动信号与第三驱动信号之间的当前相位差减去改变量，并将减去改变量之后的相位差作为第一驱动信号与第二驱动信号之间的当前相位差。也即是，在第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差为0之前，在第一驱动信号的每个上升沿减少从当前时刻到第三驱动信号的上升沿所需的时长。
改变量可以预先设置，也可以计算得到。每次改变的改变量可以相同也可以不同。比如，当每次改变量相同时，此时改变量也称为步长，假设转换前相位差为30，步长为1，那么在经过第一驱动信号的30个上升沿之后，即可将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差减小至0。又比如，当每次改变量不同时，可以在逐渐改减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的前期，设置的改变量比较大，在第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差接近0时，增加该改变量。
另外，在第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差为0之后，若继续减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差，第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差将为负值。也即是，从第三驱动信号的上升沿开始经过一段时长之后才到第一驱动信号的上升沿。因此，继续减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的实现方式为：在第三驱动信号的每个上升沿时，判断第一驱动信号和第三驱动信号之间的当前相位差的绝对值是否为转换前相位差。如果第一驱动信号和第三驱动信号之间的当前相位差的绝对值不是转换前相位差，将第一驱动信号和第三驱动信号之间的当前相位差减去改变量，并将减去改变量之后的相位差作为第一驱动信号和第三驱动信号之间的当前相位差。也即是，在第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的绝对值增大至转换前相位差之前，在第三驱动信号的每个上升沿增加从当前时刻到第一驱动信号的上升沿所需的时长。
其中，改变量的设置同上，在此不再详细阐述。比如，转换前相位差为30，改变量一直为1，那么在第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差为0之后，经过第三驱动信号的30个上升沿，即可将第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差变化成为与转换前相位差的相反数。
进一步地，为了维持负载两端的电压稳定，在逐渐改变第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的过程中，逐渐改变驱动频率，以使相位差和驱动频率的乘积在目标范围之内。
比如，在上述逐渐改变第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的一种可能的实现方式中，在逐渐减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的过程中，逐渐增大驱动频率，以使减小之后的相位差和增大之后的驱动频率的乘积在目标范围之内。在继续减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的过程中，逐渐减小驱动频率，以使减小之后的相位差的绝对值和减小之后的驱动频率的乘积在目标范围之内。
需要说明的是，由于第一驱动信号和第二驱动信号之间存在死区时间，第三驱动信号与第四驱动信号之间也存在相同的死区时间，因此，在改变第一驱动信号与第三驱动信号的相位差的过程中，第一驱动信号和第三驱动信号的相位差是不可能为0的。也即是，在改变第一驱动信号与第三驱动信号的相位差的过程中，第一驱动信号与第三驱动信号的相位差减小至0附近时，如果继续减小第一驱动信号与第三驱动信号的相位差，第一驱动信号与第三驱动信号的相位差将转变为负值。
在改变第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的过程中，第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的绝对值是先减小后增大的。在减小第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的绝对值的过程中，增大驱动频率。在增大第一驱动信号与第三驱动信号之间的相位差的绝对值的过程中，减小驱动频率。
其中，当PSFB变换器与负载连接时，由于负载所需的电压通常是在一定范围之内的，因此，输入电源通过PSFB变换器输出的电压需要维持在一定范围之内。假设输入电源的电压为Vin，输入电源通过PSFB变换器之后输出的电压为V0，那么PSFB变换器的占空比可以表示为D＝nV0/Vin，其中，n为变压器的原副边匝比。且PSFB变换器的占空比还可以表示为D＝phase×f，其中，phase为第一驱动信号和第三驱动信号之间的相位差，f为驱动频率。因此，如果加载在负载两端的电压需要保持在一个范围之内的话，那么占空比也将保持在一个数值范围，这个数值范围即为目标范围。
通过步骤401和步骤402可以使第一桥臂在一段时间内为超前桥臂，在另一段时间内为滞后桥臂，同样使第二桥臂在一段时间内为滞后桥臂，在另一段时间内为超前桥臂，从而使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致，以此提高PSFB变换器的可靠性。因此，在一种可能的实现方式中，在使用PSFB变换器之前，可以估计PSFB变换器的寿命，根据PSFB变换器的寿命设置计时器中的第一阈值和第二阈值，比如第一阈值和第一阈值均可以为估计的寿命的一半，这样的话，在PSFB变换器的整个使用过程中，有一半的时间第一桥臂为超前桥臂，第二桥臂为滞后桥臂，有另一半的时间第一桥臂为滞后桥臂，第二桥臂为超前桥臂，从而使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致。
假设超前桥臂包括的MOSFET的规格和滞后桥臂包括的MOSFET的规格相同，那么在相同使用条件下，超前桥臂的寿命为X，滞后桥臂的寿命为Y，X小于Y。若控制器一直控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，那么第一桥臂的寿命为X，第二桥臂的寿命为Y，此时，PSFB变换器的寿命将为X。但是如果控制器按照本申请实施例提供的方法控制第一时钟和第二时钟，第一桥臂为超前桥臂的时长与第二桥臂为超前桥臂的时长基本相同，第一桥臂为滞后桥臂的时长与第二桥臂为滞后桥臂的时长也基本相同，此时，第一桥臂和第二桥臂的寿命基本相同，均为2XY/(X+Y)，这种情况下，PSFB变换器的寿命将为2XY/(X+Y)。由于X小于Y，X也就小于2XY/(X+Y)，由此可知，通过本申请实施例提供的控制方法，可以提高PSFB变换器的寿命，进而提高PSFB变换器的可靠性。
比如，X为800小时，Y为1200小时。若控制器一直控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，那么PSFB变换器的寿命将为800小时。而通过本申请实施例提供的控制方法，PSFB变换器的寿命为960小时，提高了PSFB变换器的可靠性。
可选地，在本申请实施例中，控制电路还可以控制第一时钟和第二时钟循环在第一状态下和第二状态下工作，以提高PSFB变换器的可靠性。这种情况下，在步骤402之后，控制电路还需通过下述步骤403继续进行控制。
步骤403：控制电路控制计时器重新开始计时，并在计时器新的计时时长到达第二阈值时，控制电路控制第一时钟和第二时钟切换至第一状态下工作。
其中，第一阈值和第二阈值可以相同，也可以不同。当第一阈值与第二阈值相同时，表明计时器中设置的计时时长为第一阈值或第二阈值，控制电路控制计时器在每次计时时长达到第一阈值或第二阈值时，都对第一时钟和第二时钟的工作状态进行一次切换，以实现在每次计时时长达到第一阈值或第二阈值时，都对超前桥臂和滞后桥臂进行一次切换。
其中，第一阈值或第二阈值可以任意设置，比如，第一阈值和第二阈值均为100小时。在每次计时时长达到100小时时，控制电路将控制第一时钟和第二时钟由第一状态切换至第二状态下工作，或者，控制第一时钟和第二时钟由第二状态切换至第一状态下工作。
当第一阈值与第二阈值不同时，为了使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致，计时器的计时周期可以为：第一阈值、第二阈值、第二阈值和第一阈值。这种情况下，控制器控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作的时长达到第一阈值时，控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作，并在控制第一时钟和第二时钟在第二状态下工作的时长达到第二阈值时，控制第一时钟和第二时钟切换至第一状态下工作。在控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作的时长达到第二阈值时，控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作，在控制第一时钟和第二时钟在第二状态下工作的时长达到第一阈值时，控制第一时钟和第二时钟切换至第一状态下工作。
比如，第一阈值为100小时，第二阈值为50小时，这时第一时钟和第二时钟在第一状态下工作100小时后，切换至第二状态工作50小时，然后切换至第一状态工作50小时，再切换至第二状态工作100小时，以使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致。
另外，控制电路控制第一时钟和第二时钟切换至第一状态下工作的实现方式可以参考步骤402中控制电路控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作的实现方式，在此不再详细阐述。
在本申请实施例中，由于PSFB变换器的可靠性与两个桥臂的关断损耗相关，也即是，两个桥臂对应的两个关断损耗之间的差异越大，PSFB变换器的可靠性越差。而在PSFB变换器工作的过程中，超前桥臂的关断损耗大于滞后桥臂的关断损耗。所以，在本申请中，PSFB变换器包括的控制电路在控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作一段时间之后，控制电路控制第一时钟和第二时钟切换至第二状态下工作。其中，第一时钟和第二时钟在第一状态下工作时第一桥臂为超前桥臂、第二桥臂为滞后桥臂，第一时钟和第二时钟在第二状态下工作时第一桥臂为滞后桥臂、第二桥臂为超前桥臂。因此，通过本申请提供的控制方法，可以使第一桥臂在一段时间内为超前桥臂，在另一段时间内为滞后桥臂，同样使第二桥臂在一段时间内为滞后桥臂，在另一段时间内为超前桥臂，从而使第一桥臂的关断损耗和第二桥臂的关断损耗趋于一致，以此提高PSFB变换器的可靠性。
以上所述为本申请提供的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的范围之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种控制移相全桥PSFB变换器的方法，其特征在于，所述方法包括：
控制电路控制第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，并控制计时器开始计时；
其中，所述PSFB变换器包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET和第二MOSFET，所述第二桥臂包括第三MOSFET和第四MOSFET，所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第一驱动信号被输入至所述第一MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第二驱动信号被输入至所述第二MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第三驱动信号被输入至所述第三MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第四驱动信号被输入至所述第四MOSFET的栅极，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号均为周期性信号，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号的频率相同且为驱动频率，所述第一驱动信号与所述第二驱动信号之间互补，所述第三驱动信号与所述第四驱动信号之间互补，且所述第一时钟和所述第二时钟在所述第一状态下工作时所述第一桥臂为超前桥臂、所述第二桥臂为滞后桥臂；
在所述计时器的计时时长到达第一阈值时，所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至第二状态下工作，所述第一时钟和所述第二时钟在所述第二状态下工作时所述第一桥臂为滞后桥臂、所述第二桥臂为超前桥臂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一桥臂与所述第二桥臂形成一个四边形，所述第一MOSFET位于所述四边形的第一角，所述第二MOSFET位于所述四边形的第二角，所述第三MOSFET位于所述四边形的第三角，所述第四MOSFET位于所述四边形的第四角，所述第一角和所述第三角之间互为对角，所述第二角和所述第四角之间互为对角。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至第二状态下工作，包括：
将所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差设置为转换前相位差的相反数，所述转换前相位差为所述第一时钟和第二时钟在所述第一状态下工作时所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差设置为转换前相位差的相反数，包括：
逐渐改变所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差，直至所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差为所述转换前相位差的相反数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在逐渐改变所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差的过程中，逐渐改变所述驱动频率，以使所述相位差和所述驱动频率的乘积在目标范围之内。
6.如权利要求1至权利要求5任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至所述第二状态下工作时，所述控制电路控制所述计时器重新开始计时；
在所述计时器新的计时时长到达第二阈值时，所述控制电路控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至所述第一状态下工作。
7.一种移相全桥PSFB变换器，其特征在于，所述PSFB变换器包括第一桥臂、第二桥臂、功率输出电路和控制电路；
所述第一桥臂和所述第二桥臂并联，所述第一桥臂包括第一金属氧化物半导体晶体管MOSFET和第二MOSFET，所述第二桥臂包括第三MOSFET和第四MOSFET，所述功率输出电路的第一输入端与所述第一桥臂的桥臂中点连接，所述功率输出电路的第二输入端与所述第二桥臂的桥臂中点连接；
所述控制电路包括第一时钟、第二时钟和计时器，所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第一驱动信号被输入至所述第一MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第一时钟的第二驱动信号被输入至所述第二MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第三驱动信号被输入至所述第三MOSFET的栅极，所述控制电路输出的基于所述第二时钟的第四驱动信号被输入至所述第四MOSFET的栅极，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号均为周期性信号，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号的频率相同且为驱动频率，所述第一驱动信号与所述第二驱动信号之间互补，所述第三驱动信号与所述第四驱动信号之间互补；
所述控制电路用于控制所述第一时钟和第二时钟在第一状态下工作，并控制所述计时器开始计时，所述第一时钟和所述第二时钟在所述第一状态下工作时所述第一桥臂为超前桥臂、所述第二桥臂为滞后桥臂；
所述控制电路还用于在所述计时器的计时时长到达第一阈值时，控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至第二状态下工作，所述第一时钟和所述第二时钟在所述第二状态下工作时所述第一桥臂为滞后桥臂、所述第二桥臂为超前桥臂。
8.如权利要求7所述的PSFB变换器，其特征在于，所述第一桥臂与所述第二桥臂形成一个四边形，所述第一MOSFET位于所述四边形的第一角，所述第二MOSFET位于所述四边形的第二角，所述第三MOSFET位于所述四边形的第三角，所述第四MOSFET位于所述四边形的第四角，所述第一角和所述第三角之间互为对角，所述第二角和所述第四角之间互为对角。
9.如权利要求8所述的PSFB变换器，其特征在于，所述控制电路，具体用于：
将所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差设置转换前相位差的相反数，所述转换前相位差为所述第一时钟和第二时钟在所述第一状态下工作时所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差。
10.如权利要求9所述的PSFB变换器，其特征在于，所述控制电路，具体用于：
逐渐改变所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差，直至所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差为所述转换前相位差的相反数。
11.如权利要求10所述的PSFB变换器，其特征在于，所述控制电路还用于在逐渐改变所述第一驱动信号与所述第三驱动信号之间的相位差的过程中，逐渐改变所述驱动频率，以使所述相位差和所述驱动频率的乘积在目标范围之内。
12.如权利要求7至权利要求11任一所述的PSFB变换器，其特征在于，所述控制电路还用于：
当控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至所述第二状态下工作时，控制所述计时器重新开始计时，在所述计时器新的计时时长到达第二阈值时，控制所述第一时钟和所述第二时钟切换至所述第一状态下工作。
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