CN114301303A - 电路控制方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电路控制方法及其电路控制装置,应用于混合反激电路,所述方法包含:根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数,确定采集时间点;根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压,获得第一电压信号;根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节混合反激电路内的激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
Description
技术领域
本申请涉及数字电路领域,尤指一种电路控制方法及其装置。
背景技术
2021年,随着USB PD 3.1的发布,USB PD可以支持的功率范围从100W扩展到240W,这使得USB PD的应用范围从原来的通信类设备(智能手机,平板电脑以及笔记本电脑)扩展到电动工具,电动自行车以及工业机器人等设备。USB PD 3.1用以实现功率提升的方法不是提升输出电流而是提升输出电压。相比于2015年发布的USB PD 3.0,输出电压范围由原来的5V到20V扩充到5V到48V。最大输出电流为5A。混合反激电路Hybrid Flyback拓扑,如图1所示,非常适合USB PD 3.1的应用场景:一方面,通过调整占空比可以很方便地实现输出电压的调节;另一方面,具有和LLC拓扑,如图2所示的类似性质:可以实现初级测开关管的零电压开通(ZVS)和次级侧同步整流管的零电流关断(ZCS)。此外,该拓扑机构也非常简单,初级测两个开关管,次级侧一个同步整流管。该Hybrid Flyback拓扑实现高效率的关键是确保实现初级测开关的零电压开通(ZVS),实现零电压开通(ZVS)的关键是要确保混合反激电路内的激磁负电流Ival(如图3所示)的值满足如下条件:
其中,Lm是变压器的激磁电感值;Coss1和Coss2分别是初级测开关管的寄生电容;Vbus是PFC级的输出电压,也就是母线电压。
然而,这个激磁负电流值并不是越大越好,因为过大的激磁负电流,一方面虽然保证了初级测开关管的零电压开通(Zero Voltage Switch,ZVS),另一方面也会引入额外的导通损耗和变压器的磁芯损耗,造成效率降低。为此,当前激磁负电流的控制方法包含:S1开通时,检测S1是否实现了ZVS开通:(1)如果S1没有实现ZVS开通,则下个周期S2的开通时长增加Δt时长,以便增大激磁负电流,如此经过一个或若干个开关周期,S1便可实现的ZVS;(2)如果S1实现了ZVS开通,则下个周期S2的开通时长减小Δt时长,以便减小激磁电流负电流,如此经过一个或若干个开关周期,S1将再次丢失ZVS条件。系统重复上述两个步骤,最终可以将激磁负电流控制在优化点附近。然而,这种控制方式有其缺陷,因为Δt的选取面临一个两难境地:一方面,Δt其值越大,系统能越快速地锁定到优化点附近,然而最终的稳定点偏离优化点也相对越大,效率不能最优化;另一方面,Δt其值越小,最终设计点离优化点也相对越小,稳态下效率偏离优化点比较小,但与此同时带来的缺点是调整速度会变慢,在动态负载的情况下,系统有可能一直处于调整中,S1的ZVS的条件永远达不到,动态负载下的效率变差。
发明内容
本申请目的在于提供一种电路控制方法及装置,通过反馈控制可以将一个被目标量精准地控制在我们希望的设定值,以此,实现优化点的精确控制,达到优化效率的目的。
为达上述目的,本申请所提供的电路控制方法,应用于混合反激电路,所述方法包含:根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数,确定采集时间点;根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压,获得第一电压信号;根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节混合反激电路内的激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
在本申请一实施例中,可选的,根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数确定采集时间点包含:根据第二MOS开关关断结束时间和第一MOS开关导通开始时间获得死区时间;根据预设时间系数和所述死区时间确定采集时间点。
在本申请一实施例中,可选的,根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流包含:根据所述电压信号与预设电压值的比较结果通过反馈补偿网络电路生成第二电压信号;根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长的方式,调节激磁负电流。
在本申请一实施例中,可选的,根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长的方式调节激磁负电流包含:根据所述第二电压信号调整第二MOS开关的导通时间,并记录第二MOS开关的导通时长生成第三电压信号;根据所述第二电压信号和所述第三电压信号的比较结果关断第二MOS开关。
在本申请一实施例中,可选的,根据所述第二电压信号调整第二MOS开关的导通时间包含:当所述第一电压信号高于预设电压值时,根据预设规则增加第二MOS开关的导通时间;当所述第一电压信号低于预设电压值时,根据预设规则降低第二MOS开关的导通时间。
在本申请一实施例中,可选的,根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号包含:根据所述采集时间点通过混合反激电路的变压器的辅助绕组采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压的等效电压获得第一电压信号。
本申请还提供一种电路控制装置,应用于混合反激电路,所述电路控制装置包含计算模块和反馈补偿网络模块;其中所述计算模块用于根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数确定采集时间点;所述反馈补偿网络模块用于根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号;以及,根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
在本申请一实施例中,可选的,所述反馈补偿网络模块包含采样单元、反馈补偿单元和调节单元;所述采样单元,用于根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号;所述反馈补偿单元,用于根据所述电压信号与预设电压值的比较结果生成第二电压信号;所述调节单元用于根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长。
在本申请一实施例中,可选的,所述调节单元包含比较器和导通计时器;所述导通计时器,用于记录第二MOS开关的导通时长生成第三电压信号;所述比较器,用于根据所述第二电压信号和所述第三电压信号的比较结果关断第二MOS开关。
在本申请一实施例中,可选的,所述采样单元,用于通过混合反激电路的变压器的辅助绕组采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压的等效电压,获得第一电压信号。
本申请的有益技术效果在于:通过调整预设电压值和预设时间系数来设定激磁负电流的大小,从而实现效率优化,通过设定补偿网络的频率响应特性来保证动态负载情况下激磁负电流设定值的稳定性。可以实现准零电压开通(Quasi-ZVS),即第一MOS开关开通时,中点电压不为0但为一个接近0的数值,同时也降低了激磁负电流,减小了通态损耗和变压器磁芯损耗,从而获得更优的综合效率。
为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常见的混合反激电路拓扑的结构示意图;
图2为常见的LLC拓扑结构示意图;
图3为激磁负电流与零电压开通的关系示意图;
图4为本申请一实施例所提供的电路控制方法的流程示意图;
图5为本申请一实施例所提供的激磁负电流的调整流程示意图;
图6为本申请一实施例所提供的第二MOS开关的导通时间调整流程示意图;
图7为本申请一实施例所提供的电路控制装置的原理结构示意图;
图8为本申请一实施例所提供的电路控制装置的应用逻辑示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
参照后文的说明和附图,详细公开了本申请的特定实施方式,指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解,本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。请参考图4所示,本申请所提供的电路控制方法,应用于混合反激电路,所述方法包含:
S401根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数,确定采集时间点;
S402根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压,获得第一电压信号;
S403根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
在本申请一实施例中,可选的,根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数确定采集时间点包含:根据第二MOS开关关断结束时间和第一MOS开关导通开始时间获得死区时间;根据预设时间系数和所述死区时间确定采集时间点。
具体的,在实际工作中,第二MOS开关截断后到第一MOS开关导通之前的时间段为死区时间即为上述的交替时长,基于该死区时间和预设的时间系数即可定位到具体的一个时间点上,例如死区时间为A,预设的时间系数为0.5,此时采集时间点即可为0.5A,此时当A为1分钟的话,则采集时间点即为第二MOS开关截断后第30秒这一时间点;其后上述步骤S502再根据该时间点完成中点电压的采集。
其中,预设时间系数可由工作人员根据实际需求设定,其实质为一个小于1的系数,目的在于确定死区时间中的具体采样时间点,其中所述采样时间点可以为死区时间内的任意时间,本申请对此并不做任何限制。
基于上述采样时间点采集到第一电压信号后,即可利用该第一电压信号确定调整方案;具体的,请参考图5所示,在本申请一实施例中,根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流可包含:
S501根据所述比较结果通过反馈补偿网络电路生成第二电压信号;
S502根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长的方式,调节激磁负电流。
其中,根据所述第二电压信号调整第二MOS开关的导通时间可包含:当所述第一电压信号高于预设电压值时,根据预设规则增加第二MOS开关的导通时间;当所述第一电压信号低于预设电压值时,根据预设规则降低第二MOS开关的导通时间。在该实施例中,利用第二MOS开关的导通时长的方式调节激磁负电流的原理在于:第二MOS开关的导通时长变长时,会增大激磁负电流,最终可以使得中点电压的下降速度增快,降低采样时间点的中点电压VH的电压值;第二MOS开关的导通时长变短时,会降低激磁负电流,最终可以使得中点电压的下降速度放慢,升高采样时间点的中点电压VH的电压值。具体的,在实际工作中可根据第二MOS开关的导通时长和激磁负电流之间的对应关系,建立预设规则;例如第二MOS开关在导通A时长时,激磁负电流增加B,且第二MOS开关每增加A1周期的导通时长时,激磁负电流增加B1,此时当第一电压信号小于预设电压值时,则可计算第一电压信号和预设电压值之间的差值C,根据C与B1之间的倍数关系,在A的基础上增加对应倍数的A1以实现第一电压信号接近或等于预设电压值;同理,也可分析二MOS开关每减少A2周期的导通时长时,激磁负电流减少B2,当第一电压信号大于预设电压值时,则可采用类似的方式减少对应倍数的B2时长即可。由此,通过调整预设电压值和预设时间系数来设定激磁负电流的大小,从而利用零电压导通实现混合反激电路的整体工作效率优化。
针对第二MOS开关的导通时长的调整方式,请参考图6所示,在本申请一实施例中,根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长的方式调节激磁负电流可包含:
S601根据所述第二电压信号调整第二MOS开关的导通时间,并记录第二MOS开关的导通时长生成第三电压信号;
S602根据所述第二电压信号和所述第三电压信号的比较结果关断第二MOS开关。
具体的,在实际工作中,第二电压信号用于设定第二MOS开关的导通时间,而第三电压信号则随着第二MOS开关的导通持续时间即导通时长增加逐步增加;直到所述第二电压信号和所述第三电压信号相等时,代表第二MOS开关完成设定的导通时间,此时即可关断第二MOS开关。
为避免使用高压采样器件,降低成本,在本申请一实施例中,根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号可包含:根据所述采集时间点通过混合反激电路的变压器的辅助绕组采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号。具体结构可参考现有技术中的变压器的辅助绕组结构,其作用在于通过等效电压的测量予以避免使用高压采样器件;鉴于其结构形式较为多样,在此就不在一一举例说明。
请参考图7所示,本申请还提供一种电路控制装置,应用于混合反激电路,所述电路控制装置包含计算模块和反馈补偿网络模块;所述计算模块用于根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数确定采集时间点;所述反馈补偿网络模块用于根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号;以及,根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
在上述实施例中,所述反馈补偿网络模块包含采样单元、反馈补偿单元和调节单元;所述采样单元,用于根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压,获得第一电压信号;所述反馈补偿单元用于根据所述电压信号与预设电压值的比较结果生成第二电压信号;所述调节单元用于根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长。其中,所述调节单元包含比较器和导通计时器;所述导通计时器用于记录第二MOS开关的导通时长生成第三电压信号;所述比较器用于根据所述第二电压信号和所述第三电压信号的比较结果关断第二MOS开关。实际工作中,所述比较器和所述导通计时器可采用电连接的方式进行电压信号传输;需要说明的是,本申请在此并不限定所述比较器和所述导通计时器直接连接,本领域相关技术人员可根据实际需要选择设定。
为便于更清楚的理解本申请所提供的电路控制装置的具体应用方式及原理,以下请参考图8所示。
在S1开通之前的采样(Kv×VH)并保持中点电压VH的电压信号(采样保持S/H),该信号输入一反馈补偿网络电路的反向输入端,一参考电压Vref信号连接该反馈补偿网络电路的正向输入端,通过反馈补偿网络电路,形成一电压信号,该信号用于设定S2的导通时间,另有一个导通计时单元即S2导通计时单元,用于记录S2的导通时间并形成一指示S2导通时间的电压信号,该电压信号与上述用于设定S2导通时间的电压信号同时输入一比较器进行比较,当指示S2导通时间的电压信号和设定S2导通时间的电压信号相等时,关断S2。其原理如下:S2关断后到在S1开通之前的某一时刻(比如,S2关断后的Kd×tdead时刻,其中:tdead是从S2关断到S1开通的死区时间,Kd是小于1的一个系数),采样这个时刻的中点电压VH的电压值,看此刻的电压值是否等于我们的设定值Vref:如果此刻的采样值高于设定值,则通过反馈网络,设定S2的开通时刻的电压信号会升高,下一个周期S2的开通时长会相应增长,从而增大激磁负电流,最终可以使得中点电压的下降速度增快,降低采样时刻的中点电压VH的电压值;如果此刻的采样值低于设定,则通过反馈网络,设定S2的开通时刻的电压信号会降低,下一个周期S2的开通时长会缩短,从而减小激磁负电流,最终可以使得中点电压的下降速度放慢,升高采样时刻的中点电压VH的电压值。通过反馈网络的设计,可以使得采样值精确地设定在设定值上。由于采样时刻到S1的开通时刻之间还有一定时间,通过合理设定这段时间的长短(调整Kd)以及参考电压Vref,可以实现S1的零电压开通(ZVS);通过设定补偿网络的频率响应特性来保证动态负载情况下激磁负电流设定值的稳定性。
在实际应用时,本申请所提供的电路控制方法及其装置还可以实现准零电压开通(Quasi-ZVS),即S1开通时,中点电压VH的电压值不仅限于等于0,还可以是一个接近0的数值,这样虽然会带来一下接通损耗,但同时也降低了激磁负电流,从而减小了通态损耗和变压器磁芯损耗,从而获得更优的综合效率。
本申请的有益技术效果在于:通过调整预设电压值和预设时间系数来设定激磁负电流的大小,从而实现效率优化,通过设定补偿网络的频率响应特性来保证动态负载情况下激磁负电流设定值的稳定性。可以实现准零电压开通(Quasi-ZVS),即第一MOS开关开通时,中点电压的电压值不仅限于等于0,还可以是一个接近0的数值,同时也降低了激磁负电流,减小了通态损耗和变压器磁芯损耗,从而获得更优的综合效率。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。、在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本申请中应用了具体实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种电路控制方法,应用于混合反激电路,其特征在于,所述方法包含:
根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数,确定采集时间点;
根据所述采集时间点采集所述第一MOS开关与所述第二MOS开关之间的中点电压,获得第一电压信号;
根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节混合反激电路内的激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
2.根据权利要求1所述的电路控制方法,其特征在于,所述根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数,确定采集时间点,包含:
根据所述第二MOS开关关断结束时间和所述第一MOS开关导通开始时间获得死区时间;
根据所述预设时间系数和所述死区时间确定所述采集时间点。
3.根据权利要求1所述的电路控制方法,其特征在于,所述根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流,包含:
根据所述比较结果通过反馈补偿网络电路生成第二电压信号;
根据所述第二电压信号通过调整所述第二MOS开关的导通时长的方式,调节激磁负电流。
4.根据权利要求3所述的电路控制方法,其特征在于,所述根据所述第二电压信号通过调整第二MOS开关的导通时长的方式调节激磁负电流,包含:
根据所述第二电压信号调整第二MOS开关的导通时间,并记录第二MOS开关的导通时长生成第三电压信号;
根据所述第二电压信号和所述第三电压信号的比较结果关断第二MOS开关。
5.根据权利要求4所述的电路控制方法,其特征在于,所述根据所述第二电压信号调整所述第二MOS开关的导通时间,包含:
当所述第一电压信号高于预设电压值时,根据预设规则增加第二MOS开关的导通时间;
当所述第一电压信号低于预设电压值时,根据所述预设规则降低所述第二MOS开关的导通时间。
6.根据权利要求1所述的电路控制方法,其特征在于,所述根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号,包含:
根据所述采集时间点通过混合反激电路的变压器的辅助绕组采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压的等效电压获得第一电压信号。
7.一种电路控制装置,应用于混合反激电路,其特征在于,所述电路控制装置包含计算模块和反馈补偿网络模块;其中,
所述计算模块,用于根据混合反激电路主边的第一MOS开关和第二MOS开关的导通的交替时长与预设时间系数确定采集时间点;
所述反馈补偿网络模块,用于根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号;以及,根据所述第一电压信号和预设电压值的比较结果调节激磁负电流,使所述激磁负电流满足混合反激电路的初级测开关的零电压开通。
8.根据权利要求7所述的电路控制装置,其特征在于,所述反馈补偿网络模块包含采样单元、反馈补偿单元和调节单元;
所述采样单元,用于根据所述采集时间点采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压获得第一电压信号;
所述反馈补偿单元,用于根据所述电压信号与预设电压值的比较结果生成第二电压信号;
所述调节单元,用于根据所述第二电压信号调整第二MOS开关的导通时长。
9.根据权利要求8所述的电路控制装置,其特征在于,所述调节单元包含比较器和导通计时器;
所述导通计时器,用于记录第二MOS开关的导通时长生成第三电压信号;
所述比较器,用于根据所述第二电压信号和所述第三电压信号的比较结果关断第二MOS开关。
10.根据权利要求8所述的电路控制装置,其特征在于,所述采样单元,用于通过混合反激电路的变压器的辅助绕组采集第一MOS开关与第二MOS开关之间的中点电压的等效电压,获得第一电压信号。
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