CN113890378A - 一种开关电源的控制方法和开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种开关电源的控制方法和开关电源。控制方法包括：开关电源高压启动后，次级边控制模块根据第二连接点的电压波形，调节第二开关管的截止电流；直至第一连接点的电压波形恰好归零，初级边控制模块控制第一开关管导通；第一开关管导通后，初级边控制模块调节第一开关管的峰值电流；直至第一开关管的峰值电流达到预设值，初级边控制模块控制第一开关管关断；第一开关管关断后，次级边控制模块控制第二开关管导通；当第二开关管的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块控制第二开关管关断。本发明实施例能够简化开关电源的电路结构，缩减开关电源的硬件成本，降低开关电源的开关损耗，并改善开关电源的EMI特性。

Description

一种开关电源的控制方法和开关电源
技术领域
本发明实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关电源的控制方法和开关电源。
背景技术
在电源领域中，隔离开关电源的地位举足轻重。作为最常见的一种隔离开关电源，反激式AC-DC隔离开关电源广泛应用于手机、平板电脑及家用电器等电器设备的电源供电过程。
现有技术中，典型的反激式AC-DC隔离开关电源的初级开关损耗大，效率低，电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)严重，因而限制了开关频率的提高，阻碍了开关电源的小型化。基于此，能够实现零电压开关切换的有源箝位反激设计应运而生。然而，相较于典型的反激式AC-DC隔离开关电源，有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源需要额外增加多个控制环节及相应的电路结构，因而开关电源的结构趋于复杂，硬件成本和电源控制的复杂程度偏高。
除此以外，现有反激式AC-DC隔离开关电源的初级边与次级边控制通常需要光电耦合器或其他类别的耦合变换器，上述器件的使用不仅增加了开关电源结构的复杂程度，还降低了开关电源控制的可靠性。现有常用的初级边反馈控制方法虽然省略了光耦等器件，但该控制方法的控制环路响应速度偏慢，难以应用于具备USB/C等快充协议的充电器中。
发明内容
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，以简化开关电源的电路结构，缩减开关电源的硬件成本，降低开关电源的开关损耗，改善开关电源的EMI特性，并实现次级边反馈和控制，有利于支持各类快充协议，以及提高控制环路响应速度。
第一方面，本发明实施例提供了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管、以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述控制方法包括：
所述开关电源高压启动后，所述次级边控制模块根据所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与所述第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启；
所述初级边零电压开启后，所述初级边控制模块调节所述第一开关管的峰值电流，直至所述第一开关管的峰值电流达到预设值；
当所述第一开关管的峰值电流达到预设值时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管关断；
所述第一开关管关断后，所述次级边控制模块控制所述第二开关管导通；
当所述第二开关管的开关电流处于电流过零点时，所述次级边控制模块控制所述第二开关管关断。
可选地，所述开关电源高压启动后，所述次级边控制模块根据所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与所述第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零包括：
所述开关电源高压启动后，所述次级边控制模块获取所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形；
当所述第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述次级边控制模块调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与所述第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
可选地，所述开关电源还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路连接于所述辅助绕组和所述初级边控制模块的电压检测端之间；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启包括：当所述初级边控制模块通过所述第一分压电路检测到所述第一连接点的电压波形恰好归零时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
可选地，还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变时，所述次级边控制模块控制所述第二连接点的电压波形的归高频率，以调节所述开关电源的输出电压。
可选地，所述开关电源还包括第二分压电路，所述第二分压电路连接于所述次级边绕组和所述次级边控制模块的输出电压检测端之间；
当所述开关电源的输出端负载发生改变时，所述次级边控制模块控制所述第二连接点的电压波形的归高频率，以调节所述开关电源的输出电压包括：当所述次级边控制模块通过所述第二分压电路检测到所述开关电源的输出端负载发生改变时，所述次级边控制模块控制所述第二连接点的电压波形的归高频率，以调节所述开关电源的输出电压。
可选地，还包括：
当所述开关电源的输出电压相对固定，所述第二开关管的开关电流大于第一预设值时，所述初级边控制模块根据所述开关电源的输出电压的反馈信号，控制所述第一开关管的开关电流，以调节所述开关电源的输出电压。
第二方面，本发明实施例还提供了一种开关电源，包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述初级边绕组用于在所述第一开关管导通时，存储能量；
所述次级边绕组用于在所述第二开关管导通时，产生输出电压；
所述第一开关管用于根据所述初级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述第二开关管用于根据所述次级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述初级边控制模块用于当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，控制所述第一开关管导通；还用于在所述初级边零电压开启后，调节所述第一开关管的峰值电流；还用于当所述第一开关管的峰值电流达到预设值时，控制所述第一开关管关断；
所述次级边控制模块用于在所述开关电源高压启动后，根据所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节所述第二开关管的截止电流；还用于在所述第一开关管关断后，控制所述第二开关管导通；还用于当所述第二开关管的开关电流处于电流过零点时，控制所述第二开关管关断。
可选地，还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路包括第一电阻和第二电阻；
所述辅助绕组用于为所述初级边控制模块提供电能；
所述第一分压电路用于生成第一分压信号，以使所述初级边控制模块获取所述第一连接点的电压波形。
可选地，还包括第二分压电路，所述第二分压电路包括第三电阻和第四电阻；
所述第二分压电路用于生成第二分压信号，以使所述次级边控制模块获取所述开关电源的输出电压。
可选地，还包括吸收电路，所述吸收电路包括相互串联的第五电阻和第一电容。
第三方面，本发明实施例还提供了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括原边绕组、副边绕组、原边控制模块、副边控制模块、与所述原边绕组连接的第三开关管、与所述副边绕组连接的第四开关管、以及光电耦合器；
所述控制方法包括：
所述开关电源高压启动后，所述副边控制模块根据所述副边绕组与所述第四开关管之间的第四连接点的电压波形，调节所述第四开关管的截止电流，直至所述原边绕组与所述第三开关管之间的第三连接点的电压波形恰好归零；
当所述第三连接点的电压波形恰好归零时，所述原边控制模块控制所述第三开关管导通，以实现原边的零电压开启；
所述原边零电压开启后，所述原边控制模块调节所述第三开关管的峰值电流，直至所述第三开关管的峰值电流达到设定值；
当所述第三开关管的峰值电流达到设定值时，所述原边控制模块控制所述第三开关管关断；
所述第三开关管关断后，所述副边控制模块控制所述第四开关管导通；
当所述第四开关管的开关电流处于电流过零点时，所述副边控制模块控制所述第四开关管关断；
当所述开关电源的输出端负载发生改变，所述第四开关管的开关电流大于第三预设值时，所述原边控制模块根据所述光电耦合器的反馈信号，控制所述第三开关管的开关电流，以调节所述开关电源的输出电压。
本发明实施例提供一种开关电源的控制方法和开关电源，控制方法包括：开关电源高压启动后，次级边控制模块根据次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启；初级边零电压开启后，初级边控制模块调节第一开关管的峰值电流，直至第一开关管的峰值电流达到预设值；当第一开关管的峰值电流达到预设值时，初级边控制模块控制第一开关管关断；第一开关管关断后，次级边控制模块控制第二开关管导通；当第二开关管的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块控制第二开关管关断。
与现有典型的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例省略了例如光电耦合器或其他隔离转换器等电路结构，降低了开关电源的电路成本和控制复杂程度。此外，典型的反激式AC-DC隔离开关电源无法实现零电压开关(Zero Voltage Switch，ZVS)，本发明实施例设置次级边控制模块获取第二连接点的电压波形，并调节第二开关管的截止电流；初级边控制模块在第一连接点的电压波形恰好归零时，控制第一开关管导通，最终实现了开关电源的ZVS，不仅能够降低开关电源的开关损耗，还改善了开关电源的EMI特性。
与现有有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例无需增加额外的控制环节以及相应的硬件电路结构，因而简化了开关电源的电路结构，缩减了开关电源的硬件成本，有利于精简开关电源的控制环节。
与现有初级边反馈控制方法相比，本发明实施例在省略光耦等器件的基础上，实现了次级边反馈和控制，有利于支持各类快充协议，以及提高控制环路响应速度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种开关电源的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种开关电源的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的另一种开关电源的控制方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种开关电源的波形示意图；
图7是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的另一种开关电源的波形示意图；
图9是本发明实施例提供的另一种开关电源的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种开关电源的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种开关电源的控制方法的流程图。本实施例可适用于具备典型的反激式AC-DC隔离开关电源结构的任意设备的电源供电场景，开关电源的控制方法可以但不限于由本发明实施例中的开关电源作为执行主体来执行，该执行主体可以采用软件和/或硬件的方式实现。其中，开关电源包括初级边绕组X1、次级边绕组X2、初级边控制模块K1、次级边控制模块K2、与初级边绕组X1连接的第一开关管M1以及与次级边绕组X2连接的第二开关管M2。如图2所示，开关电源的控制方法具体包括如下步骤：
S110、开关电源高压启动后，次级边控制模块根据次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
其中，开关电源的高压启动方式可以是通过现有的任一高压启动电路从母线电压获取电能，进而启动开关电源。可知地，第二开关管M2的截止电流是指第二开关管M2的关断电流。此外，次级边控制模块K2对第二开关管M2截止电流的调节过程可以是增大，或者可以是减小，或者可以是先增大后减小，或者可以是先减小后增大，或者可以是任一种反复震荡的调节过程。可以理解的是，上述第二开关管M2截止电流的调节过程可以根据开关电源的具体设置和参数选择适应性进行改变，本发明实施例对此不进行限制。
S120、当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
其中，第一连接点A的电压波形恰好归零是指，第一连接点A的电压波形的波谷值恰好恢复到零电压状态。此时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1导通，第一开关管M1的源极与漏极之间的电压差为零。
可知地，第一连接点A的电压波形恰好归零能够表明开关电源能够在该时刻刚好实现ZVS。基于此，本发明实施例通过设置初级边控制模块K1在第一连接点A的电压波形恰好归零的时刻，恰好控制第一开关管M1导通，进而实现了第一开关管M1的零电压开启。
可以理解的是，由于本实施例提供的开关电源具备典型的反激式AC-DC隔离开关电源结构，因而第一开关管M1和第二开关管M2不能同时导通。因此，当初级边控制模块K1控制第一开关管M1导通时，第二开关管M2处于关断状态。
S130、初级边零电压开启后，初级边控制模块调节第一开关管的峰值电流，直至第一开关管的峰值电流达到预设值。
其中，初级边控制模块K1对第一开关管M1峰值电流的调节过程可以是在任一固定数值保持不变，或者可以是增大，或者可以是减小，或者可以是先增大后减小，或者可以是先减小后增大，或者可以是任一种反复震荡的调节过程。可以理解的是，上述第一开关管M1峰值电流的调节过程可以根据开关电源的具体设置和参数选择适应性进行改变，本发明实施例对此不进行限制。另外，初级边控制模块K1调节第一开关管M1的峰值电流的具体方式可以但不限于是根据第一开关管M1的开关频率对峰值电流进行调节，以实现开关电源的效率最优化。
S140、当第一开关管的峰值电流达到预设值时，初级边控制模块控制第一开关管关断。
其中，预设值是指某一固定或可调电流值。预设值的设定方式可以是开关电源的初始设定，或者可以根据特定的算法进行设定。
S150、第一开关管关断后，次级边控制模块控制第二开关管导通。
S160、当第二开关管的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块控制第二开关管关断。
其中，电流过零点对应于第二开关管M2的开关电流为零的时刻。可以理解的是，当第二开关管M2的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块K2控制第二开关管M2关断是指，当第二开关管M2的开关电流为零时，次级边控制模块K2控制第二开关管M2关断。
本发明实施例提供的开关电源的控制方法包括：开关电源高压启动后，次级边控制模块根据次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；当第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启；初级边零电压开启后，初级边控制模块调节第一开关管的峰值电流，直至第一开关管的峰值电流达到预设值；当第一开关管的峰值电流达到预设值时，初级边控制模块控制第一开关管关断；第一开关管关断后，次级边控制模块控制第二开关管导通；当第二开关管的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块控制第二开关管关断。
与现有典型的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本实施例省略了例如光电耦合器或其他隔离转换器等电路结构，降低了开关电源的电路成本和控制复杂程度，还兼具次级边反馈控制策略——环路响应速度快的优势，并能够广泛适用于各类快充协议。此外，典型的反激式AC-DC隔离开关电源无法实现ZVS，本发明实施例设置次级边控制模块K2获取第二连接点B的电压波形，并调节第二开关管M2的截止电流；初级边控制模块K1在第一连接点A的电压波形恰好归零时，控制第一开关管M1导通，完成了次级边控制第一开关管M1的开启，并最终实现了开关电源的ZVS，不仅能够降低开关电源的开关损耗，还改善了开关电源的EMI特性。
与现有有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本发明实施例无需增加额外的控制环节以及相应的硬件电路结构，因而简化了开关电源的电路结构，缩减了开关电源的硬件成本，有利于精简开关电源的控制环节。
需要说明的是，第一开关管M1的峰值电流与第一开关管M1的导通时间密切相关，导通时间越长，则峰值电流越大，相应地，导通时间越短，峰值电流越小。示例性地，在其他实施例中，在初级边零电压开启后，初级边控制模块K1可以调节第一开关管M1的导通时间，直至第一开关管M1的导通时间达到时间基准值；当第一开关管M1的导通时间达到时间基准值时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1关断。基于此，图3是本发明实施例提供的另一种开关电源的控制方法的流程图。参见图3，S210～S260所示的开关电源具体控制流程如下：
首先，开关电源高压启动后，次级边控制模块K2根据次级边绕组X2与第二开关管M2之间的第二连接点B的电压波形，调节第二开关管M2的截止电流，直至初级边绕组X1与第一开关管M1之间的第一连接点A的电压波形恰好归零。其次，当第一连接点A的电压波形恰好归零时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1导通，以实现初级边的零电压开启。再次，初级边零电压开启后，初级边控制模块K1调节第一开关管M1的导通时间，直至第一开关管M1的导通时间达到时间基准值。复次，当第一开关管M1的导通时间达到时间基准值时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1关断。再次，第一开关管M1关断后，次级边控制模块K2控制第二开关管M2导通。最后，当第二开关管M2的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块K2控制第二开关管M2关断。
由此可见，一方面，与现有典型的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本实施例的技术方案不仅降低了开关电源的电路成本和控制复杂程度，还实现了开关电源的ZVS，有效减少了开关电源的开关损耗，改善了开关电源的EMI特性。另一方面，与现有有源箝位的反激式AC-DC隔离开关电源相比，本实施例无需光耦等器件，不仅简化了开关电源的电路结构，缩减了开关电源的硬件成本，有利于精简开关电源的控制环节，还能够实现次级边的反馈与控制，有利于提高开关电源的可靠性。
在上述方案的基础上，图4是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图。参见图1，可选地，开关电源还包括辅助绕组X3和第一分压电路E1，第一分压电路E1连接于辅助绕组X3和初级边控制模块K1的电压检测端之间。继续参见图1，可选地，开关电源还包括吸收电路Q，吸收电路Q并联于初级边绕组X1的两端，吸收电路Q包括相互串联的第五电阻R5和第一电容C1。如图4所示，本实施例提供的开关电源的控制方法具体包括如下步骤：
S310、开关电源高压启动后，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形。
S320、当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
其中，可知地，第二连接点B的电压波形未实现零电压切换表明开关电源未实现ZVS。此时，开关电源的开关损耗偏大，效率较低且EMI严重。
S330、当初级边控制模块通过第一分压电路检测到第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
其中，在典型的反激式AC-DC隔离开关电源的电路结构中，由于初级边控制模块K1的电压检测端未与第一连接点A直接连接，因而初级边控制模块K1无法直接获取第一连接点A的电压波形。
基于此，典型的反激式AC-DC隔离开关电源通过设置辅助绕组X3和第一分压电路E1，通过在辅助绕组X3和初级边控制模块K1的电压检测端之间连接第一分压电路E1，能够间接获取第一连接点A的电压波形。
此外，示例性地，在其他实施例中，当初级边控制模块K1通过第一分压电路E1检测到第一连接点A的电压波形最小值接近归零时，初级边控制模块K1可以控制第一开关管M1导通，进而实现初级边的零电压开启。
S340、初级边零电压开启后，初级边控制模块调节第一开关管的峰值电流，直至第一开关管的峰值电流达到预设值。
S350、当第一开关管的峰值电流达到预设值时，初级边控制模块控制第一开关管关断。
S360、第一开关管关断后，次级边控制模块控制第二开关管导通。
S370、当第二开关管的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块控制第二开关管关断。
综上所述，与现有技术相比，本实施例的技术方案节省了初级边和次级边之间的耦合器件，在精简额外电路成本和控制复杂程度的前提下，能够降低开关电源的开关损耗，并改善开关电源的EMI特性。此外，本实施例还实现了次级边反馈控制，有利于提高开关电源的输出动态响应性能，并能够与各类快充协议的实际应用相契合。
在上述各实施例的基础上，以下对ZVS下开关电源输出电压Vout的调节方法进行说明，但不作为对本发明的限定。继续参见图1，可选地，开关电源还包括第二分压电路E2，第二分压电路E2连接于次级边绕组X2和次级边控制模块K2的输出电压检测端之间。图5是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图。如图5所示，本实施例提供的开关电源的控制方法具体包括如下步骤：
S410、开关电源高压启动后，次级边控制模块获取次级边绕组与第二开关管之间的第二连接点的电压波形。
S420、当第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块调节第二开关管的截止电流，直至初级边绕组与第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
S430、当初级边控制模块通过第一分压电路检测到第一连接点的电压波形恰好归零时，初级边控制模块控制第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
S440、初级边零电压开启后，初级边控制模块调节第一开关管的峰值电流，直至第一开关管的峰值电流达到预设值。
S450、当第一开关管的峰值电流达到预设值时，初级边控制模块控制第一开关管关断。
S460、第一开关管关断后，次级边控制模块控制第二开关管导通。
S470、当第二开关管的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块控制第二开关管关断。
S480、当次级边控制模块通过第二分压电路检测到开关电源的输出端负载发生改变时，次级边控制模块控制第二连接点的电压波形的归高频率，以调节开关电源的输出电压。
其中，当第二连接点B的电压波形归高时，第一连接点A的电压波形归零。基于此，在其他实施例中，当次级边控制模块K2通过第二分压电路E2检测到开关电源的输出端负载发生改变时，次级边控制模块K2可以根据开关电源的当前输出电压，对第一连接点A的电压波形的归零频率进行控制，进而实现对开关电源输出电压的稳定环路调节。
另外，可以理解的是，第二连接点B的电压波形的归高频率与第二连接点B的电压波形归高的时间间隔相关，因此，在其他实施例中，当次级边控制模块K2通过第二分压电路E2检测到开关电源的输出端负载发生改变时，次级边控制模块K2控制第二连接点B的电压波形归高的时间间隔，以调节开关电源的输出电压。
相应地，第一连接点A的电压波形的归零频率与第一连接点A的电压波形归零的时间间隔相关。由此可知，在其他实施例中，当次级边控制模块K2通过第二分压电路E2检测到开关电源的输出端负载发生改变时，次级边控制模块K2可以根据开关电源的当前输出电压，对第一连接点A的电压波形归零的时间间隔进行控制，进而实现对开关电源输出电压的稳定环路调节。
基于此，在上述实施例实现开关电源ZVS的基础上，本实施例能够在开关电源的输出端负载发生改变时，实现开关电源的输出电压的稳定环路控制。与现有技术相比，本实施例的技术方案节省了初级边和次级边之间的耦合器件，能够在精简额外电路成本和控制复杂程度的前提下，降低开关电源的开关损耗，并改善开关电源的EMI特性。另外，本实施例还实现了次级边反馈控制，有利于提高开关电源的输出动态响应性能，并能够与各类快充协议的实际应用相契合。
继续参见图1，开关电源包括初级边绕组X1、次级边绕组X2、初级边控制模块K1、次级边控制模块K2、与初级边绕组X1连接的第一开关管M1以及与次级边绕组X2连接的第二开关管M2。
初级边绕组X1用于在第一开关管M1导通时，存储能量。
次级边绕组X2用于在第二开关管M2导通时，产生输出电压Vout。
第一开关管M1用于根据初级边控制模块K1产生的驱动信号导通或者关断。
第二开关管M2用于根据次级边控制模块K2产生的驱动信号导通或者关断。
初级边控制模块K1用于当第一连接点A的电压波形恰好归零时，控制第一开关管M1导通；还用于在初级边零电压开启后，调节第一开关管M1的峰值电流；还用于当第一开关管M1的峰值电流达到预设值时，控制第一开关管M1关断。
次级边控制模块K2用于在开关电源高压启动后，根据次级边绕组X2与第二开关管M2之间的第二连接点B的电压波形，调节第二开关管M2的截止电流；还用于在第一开关管M1关断后，控制第二开关管M2导通；还用于当第二开关管M2的开关电流处于电流过零点时，控制第二开关管M2关断。
其中，示例性地，第一开关管M1和第二开关管M2可以但不限于是金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。可以理解的是，第一开关管M1和第二开关管M2的具体类别选择和结构参数与拟取得的供电效果相关，本发明实施例对此不进行限制。
此外，初级边控制模块K1还可以用于在初级边零电压开启后，调节第一开关管M1的导通时间，直至第一开关管M1的导通时间达到时间基准值，并在第一开关管M1的导通时间达到时间基准值时，控制第一开关管M1关断。
可以理解的是，初级边控制模块K1还可以用于在初级边控制模块K1通过第一分压电路E1检测到第一连接点A的电压波形波谷接近归零时，控制第一开关管M1导通，进而实现初级边的零电压开启。
可知地，次级边控制模块K2还可以用于当次级边控制模块K2通过第二分压电路E2检测到开关电源的输出端负载发生改变时，根据开关电源的当前输出电压，对第一连接点A的电压波形的归零频率，或第二连接点B的电压波形的归高频率进行控制，进而实现对开关电源输出电压Vout的稳定环路调节。
除此以外，可以理解的是，次级边控制模块K2还可以用于当次级边控制模块K2通过第二分压电路E2检测到开关电源的输出端负载发生改变时，控制第二连接点B的电压波形归高的时间间隔，或第一连接点A的电压波形归零的时间间隔，以调节开关电源的输出电压。
可选地，开关电源还包括辅助绕组X3和第一分压电路E1，第一分压电路E1包括第一电阻R1和第二电阻R2。
辅助绕组X3用于为初级边控制模块K1提供电能。
第一分压电路E1用于生成第一分压信号，以使初级边控制模块K1获取第一连接点A的电压波形。
其中，第一分压信号可以但不限于是电压信号。可知地，第一分压信号作为初级边控制模块K1的输入信号，用于为初级边控制模块K1获取第一连接点A的电压波形提供依据。
可选地，开关电源还包括第二分压电路E2，第二分压电路E2包括第三电阻R3和第四电阻R4。
第二分压电路E2用于生成第二分压信号，以使次级边控制模块K2获取开关电源的输出电压Vout。
其中，第二分压信号可以但不限于是电压信号。可知地，第二分压信号作为次级边控制模块K2的输入信号，用于为次级边控制模块K2获取开关电源的输出电压Vout提供依据。
可选地，开关电源还包括吸收电路Q，吸收电路Q包括相互串联的第五电阻R5和第一电容C1。
其中，可以理解的是，相较于现有技术广泛采用的由电阻、电容和二极管组成的箝位吸收电路，本发明实施例所提供的吸收电路Q能够实现更为简易的箝位吸收功能，并进一步降低了开关电源的硬件成本，优化了***的开关损耗，改善了开关电源的电磁干扰特性。
需要说明的是，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5可以是任意一种电阻，上述电阻的种类和具体参数可以根据开关电源拟取得的供电效果进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，上述电阻均可以是贴片电阻。
还需要说明的是，第一电容C1可以是任意一种电容，该电容的种类和具体参数可以根据开关电源拟取得的供电效果进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，第一电容C1可以是云母电容。
此外，本发明实施例所提供的基于典型的反激式AC-DC隔离开关电源拓扑的开关电源的电路元件连接关系如图1所示，在此不再进行赘述。
继续参见图1，开关电源的工作过程如下：
首先，在开关电源高压启动后，次级边控制模块K2获取次级边绕组X2与第二开关管M2之间的第二连接点B的电压波形。其次，当第二连接点B的电压波形未实现零电压切换时，次级边控制模块K2调节第二开关管M2的截止电流，直至初级边绕组X1与第一开关管M1之间的第一连接点A的电压波形恰好归零。复次，当初级边控制模块K1通过第一分压电路E1检测到第一连接点A的电压波形恰好归零时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1导通，以实现初级边的零电压开启。再次，初级边零电压开启后，初级边控制模块K1调节第一开关管M1的峰值电流，直至第一开关管M1的峰值电流达到预设值。再次，当第一开关管M1的峰值电流达到预设值时，初级边控制模块K1控制第一开关管M1关断。再次，第一开关管M1关断后，次级边控制模块K2控制第二开关管M2导通。再次，当第二开关管M2的开关电流处于电流过零点时，次级边控制模块K2控制第二开关管M2关断。最后，当次级边控制模块K2通过第二分压电路E2检测到开关电源的输出端负载发生改变时，次级边控制模块K2控制第二连接点B的电压波形的归高频率，以调节开关电源的输出电压Vout。
需要说明的是，本发明实施例中的次级边控制模块K2可以在内部集成典型的431基准模块或任一其他电压基准模块，或者可以采用外置的431基准模块或任一其他电压基准模块，以实现开关电源的输出电压Vout与431基准模块提供的模块基准电压的比较，进而实现对开关电源输出电压Vout的可控环路调节。
图6是本发明实施例提供的一种开关电源的波形示意图。参见上述开关电源的工作过程及图6，可知地，当第一连接点A的电压VA的波形恰好归零时，第二连接点B的电压VB的波形恰好归高，第三连接点Z的电压VZ的波形恰好归低。此外，当第二开关管M2关断时，第二开关管M2的开关电流IS达到截止电流IS_min。
由此可见，与现有技术相比，本实施例的技术方案在缩减额外电路成本和控制复杂程度的前提下，能够根据开关电源的输出端负载变化实现任意状态下的开关电源ZVS，例如轻载或重载状态等，不仅降低了开关电源的开关损耗，还改善了开关电源的EMI特性。
在上述各实施例的基础上，可选地，本发明实施例中的初级边控制模块K1可以在内部集成任一电压基准模块，例如典型的431基准模块等，或者可以采用外置的电压基准模块，以通过第一分压电路E1对开关电源的输出电压Vout与电压基准模块提供的模块基准电压进行比较，进而实现对开关电源输出电压Vout的可控环路调节。
基于此，示例性地，图7是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图，与如图5所示的开关电源的控制方法相比，图7所示的开关电源的控制方法在调节开关电源的输出电压的方法层面完全不同，具体如下：
对于输出电压Vout相对固定的实际工况来说，当第二开关管M2的开关电流IS大于第一预设值，或者第二开关管M2的开关频率大于第二预设值时，次级边控制模块K2进入重载ZVS模式，初级边控制模块K1通过检测第一连接点A的电压波形也相应进入重载ZVS模式。此时，初级边控制模块K1根据第一分压电路E1采集输出电压Vout的反馈信号，并对输出电压Vout的反馈信号和初级边控制模块K1的模块基准电压进行比较，通过调节第一开关管M1的开关电流，实现开关电源输出环路的稳定控制。
示例性地，图8是本发明实施例提供的另一种开关电源的波形示意图。参见前述处于重载ZVS模式的开关电源工作过程和图8，可知地，当第一连接点A的电压VA的波形恰好归零时，第二连接点B的电压VB的波形恰好归高，第三连接点Z的电压VZ的波形恰好归低。此外，当第二开关管M2关断时，第二开关管M2的开关电流IS达到截止电流IS_min。
相应地，当第二开关管M2的开关电流IS小于或等于第一预设值，或者第二开关管M2的开关频率小于或等于第二预设值时，开关电源处于轻载ZVS状态。此时，本实施例根据如S410～S480所示的控制流程，对开关电源的输出环路进行稳定控制。
在上述各实施例的基础上，示例性地，图9是本发明实施例提供的另一种开关电源的结构示意图。参见图9，可知地，与图1所示的开关电源结构相比，本实施例的技术方案在原边控制模块K1’和副边控制模块K2’之间增设了光电耦合器P’。基于如图9所示的开关电源，图10是本发明实施例提供的又一种开关电源的控制方法的流程图，参见图10，S510～S570所示的开关电源具体控制流程如下：
在开关电源高压启动后，副边控制模块K2’根据副边绕组与第四开关管M2’之间的第四连接点B’的电压波形，调节第四开关管M2’的截止电流，直至原边绕组与第三开关管M1’之间的第三连接点A’的电压波形恰好归零。当第三连接点A’的电压波形恰好归零时，原边控制模块K1’控制第三开关管M1’导通，以实现原边的零电压开启。原边零电压开启后，原边控制模块K1’调节第三开关管M1’的峰值电流，直至第三开关管M1’的峰值电流达到设定值。当第三开关管M1’的峰值电流达到设定值时，原边控制模块K1’控制第三开关管M1’关断。第三开关管M1’关断后，副边控制模块K2’控制第四开关管M2’导通。当第四开关管M2’的开关电流处于电流过零点时，副边控制模块K2’控制第四开关管M2’关断。当第四开关管M2’的开关电流IS’大于第三预设值，或者第四开关管M2’的开关频率大于第四预设值时，副边控制模块K2’进入重载ZVS模式，原边控制模块K1’检测到第三连接点A’的电压波形后也进入重载ZVS模式。此时，原边控制模块K1’根据光电耦合器P’的反馈信号，调节第三开关管M1’的开关电流，进而实现开关电源输出环路的稳定控制。可以理解的是，副边控制模块K2’可以根据分压电路E2’反馈的信号，生成光电耦合器P’的驱动信号，进而使原边控制模块K1’获知开关电源输出电压的变化情况。
适应性地，当第四开关管M2’的开关电流IS’小于或等于第三预设值，或者第四开关管M2’的开关频率小于或等于第四预设值时，开关电源处于轻载ZVS状态。此时，本实施例仍根据如S410～S480所示的控制流程，对开关电源的输出环路进行稳定控制。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种开关电源的控制方法，其特征在于，所述开关电源包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管、以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述控制方法包括：
所述开关电源高压启动后，所述次级边控制模块根据所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与所述第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启；
所述初级边零电压开启后，所述初级边控制模块调节所述第一开关管的峰值电流，直至所述第一开关管的峰值电流达到预设值；
当所述第一开关管的峰值电流达到预设值时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管关断；
所述第一开关管关断后，所述次级边控制模块控制所述第二开关管导通；
当所述第二开关管的开关电流处于电流过零点时，所述次级边控制模块控制所述第二开关管关断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关电源高压启动后，所述次级边控制模块根据所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与所述第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零包括：
所述开关电源高压启动后，所述次级边控制模块获取所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形；
当所述第二连接点的电压波形未实现零电压切换时，所述次级边控制模块调节所述第二开关管的截止电流，直至所述初级边绕组与所述第一开关管之间的第一连接点的电压波形恰好归零。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关电源还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路连接于所述辅助绕组和所述初级边控制模块的电压检测端之间；
当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启包括：当所述初级边控制模块通过所述第一分压电路检测到所述第一连接点的电压波形恰好归零时，所述初级边控制模块控制所述第一开关管导通，以实现初级边的零电压开启。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述开关电源的输出端负载发生改变时，所述次级边控制模块控制所述第二连接点的电压波形的归高频率，以调节所述开关电源的输出电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述开关电源还包括第二分压电路，所述第二分压电路连接于所述次级边绕组和所述次级边控制模块的输出电压检测端之间；
当所述开关电源的输出端负载发生改变时，所述次级边控制模块控制所述第二连接点的电压波形的归高频率，以调节所述开关电源的输出电压包括：当所述次级边控制模块通过所述第二分压电路检测到所述开关电源的输出端负载发生改变时，所述次级边控制模块控制所述第二连接点的电压波形的归高频率，以调节所述开关电源的输出电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述开关电源的输出电压相对固定，所述第二开关管的开关电流大于第一预设值时，所述初级边控制模块根据所述开关电源的输出电压的反馈信号，控制所述第一开关管的开关电流，以调节所述开关电源的输出电压。
7.一种开关电源，其特征在于，包括初级边绕组、次级边绕组、初级边控制模块、次级边控制模块、与所述初级边绕组连接的第一开关管以及与所述次级边绕组连接的第二开关管；
所述初级边绕组用于在所述第一开关管导通时，存储能量；
所述次级边绕组用于在所述第二开关管导通时，产生输出电压；
所述第一开关管用于根据所述初级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述第二开关管用于根据所述次级边控制模块产生的驱动信号导通或者关断；
所述初级边控制模块用于当所述第一连接点的电压波形恰好归零时，控制所述第一开关管导通；还用于在所述初级边零电压开启后，调节所述第一开关管的峰值电流；还用于当所述第一开关管的峰值电流达到预设值时，控制所述第一开关管关断；
所述次级边控制模块用于在所述开关电源高压启动后，根据所述次级边绕组与所述第二开关管之间的第二连接点的电压波形，调节所述第二开关管的截止电流；还用于在所述第一开关管关断后，控制所述第二开关管导通；还用于当所述第二开关管的开关电流处于电流过零点时，控制所述第二开关管关断。
8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，还包括辅助绕组和第一分压电路，所述第一分压电路包括第一电阻和第二电阻；
所述辅助绕组用于为所述初级边控制模块提供电能；
所述第一分压电路用于生成第一分压信号，以使所述初级边控制模块获取所述第一连接点的电压波形。
9.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，还包括第二分压电路，所述第二分压电路包括第三电阻和第四电阻；
所述第二分压电路用于生成第二分压信号，以使所述次级边控制模块获取所述开关电源的输出电压。
10.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，还包括吸收电路，所述吸收电路包括相互串联的第五电阻和第一电容。
11.一种开关电源的控制方法，其特征在于，所述开关电源包括原边绕组、副边绕组、原边控制模块、副边控制模块、与所述原边绕组连接的第三开关管、与所述副边绕组连接的第四开关管、以及光电耦合器；
所述控制方法包括：
所述开关电源高压启动后，所述副边控制模块根据所述副边绕组与所述第四开关管之间的第四连接点的电压波形，调节所述第四开关管的截止电流，直至所述原边绕组与所述第三开关管之间的第三连接点的电压波形恰好归零；
当所述第三连接点的电压波形恰好归零时，所述原边控制模块控制所述第三开关管导通，以实现原边的零电压开启；
所述原边零电压开启后，所述原边控制模块调节所述第三开关管的峰值电流，直至所述第三开关管的峰值电流达到设定值；
当所述第三开关管的峰值电流达到设定值时，所述原边控制模块控制所述第三开关管关断；
所述第三开关管关断后，所述副边控制模块控制所述第四开关管导通；
当所述第四开关管的开关电流处于电流过零点时，所述副边控制模块控制所述第四开关管关断；
当所述开关电源的输出端负载发生改变，所述第四开关管的开关电流大于第三预设值时，所述原边控制模块根据所述光电耦合器的反馈信号，控制所述第三开关管的开关电流，以调节所述开关电源的输出电压。
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