CN106487207B - 一种功率变换电路的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率变换电路的控制方法及装置，能够实现高频桥臂开关管的零电压开通，减小电路损耗，提高电路效率。该控制方法包括：针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长。

Description

一种功率变换电路的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种功率变换电路的控制方法及装置。
背景技术
功率变换电路包括PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路、UPS(Uninterrupted Power Supply，不间断电源)电路等，以PFC电路为例，对功率变换电路的结构及现有控制方法进行简要说明。
现有技术中高效PFC电路主要包括图1所示的单路图腾柱PFC电路和图2所示的交错图腾柱PFC电路。图1所示的单路图腾柱PFC电路中，开关管Qsr1和Qsr2构成一个工频桥臂，该工频桥臂也可以由两个二极管构成，开关管Q1和Q2构成一个高频桥臂，该高频桥臂的中点通过一个输入电感L1和交流输入源相连；图2所示的交错图腾柱PFC电路中，开关管Qsr1和Qsr2构成一个工频桥臂，该工频桥臂也可以由两个二极管构成，开关管Q1～Q2n构成n个高频桥臂，该n个高频桥臂的中点分别通过n个输入电感L1～Ln中的一个输入电感和交流输入源相连。
两种PFC电路较为常用的一种控制方法为CRM(Critical Conduction Mode，临界导电模式)控制。然而，CRM控制在PFC电路的交流输入电压瞬时值小于母线电容Cpfc电压的一半时能够实现高频桥臂上开关管的零电压开通，但在交流输入电压瞬时值大于母线电容Cpfc电压的一半时不能够实现高频桥臂上开关管的零电压开通，造成电路损耗较大。
发明内容
本发明实施例提供一种功率变换电路的控制方法及装置，用以解决现有技术中存在的高频桥臂上的开关管无法实现零电压开通的问题。
本发明实施例提供了一种功率变换电路的控制方法，包括：
针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；
当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；
在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长。
本发明实施例还提供了一种功率变换电路的控制装置，包括：
检测单元，用于针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；
控制单元，用于当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长。
本发明的有益效果包括：
本发明实施例提供的方案中，检测输入电感的电流，当检测到输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长。通过控制续流开关管的导通时长，可以允许输入电感电流反向，并可以控制续流开关管的关断反向电流的大小，保证有足够的电流来抽取和释放主开关管和续流开关管的寄生结电容的电荷，从而实现开关管的零电压开通。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为单路图腾柱PFC电路的示意图；
图2为交错图腾柱PFC电路的示意图；
图3为本发明实施例提供的功率变换电路的控制方法的示意图；
图4为本发明实施例提供的功率变换电路的控制装置的示意图。
具体实施方式
为了给出功率变换电路中高频桥臂开关管零电压开通的实现方案，本发明实施例提供了一种功率变换电路的控制方法及装置，结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种功率变换电路的控制方法，如图3所示，可以包括如下步骤：
步骤301、针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；
步骤302、当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长。
本发明实施例提供的控制方法，既可以应用于PFC电路，例如图1所示的单路图腾柱PFC电路和图2所示的交错图腾柱PFC电路，也可以应用于UPS电路等其它功率变换电路中。
具体的，在功率变换电路的交流输入电压的正半周，高频桥臂上的主开关管为位于下桥臂的开关管，续流开关管为位于上桥臂的开关管；在功率变换电路的交流输入电压的负半周，高频桥臂上的主开关管为位于上桥臂的开关管，续流开关管为位于下桥臂的开关管。
需要说明的是，本发明实施例提供的控制方法中，步骤301检测输入电感的电流，可以对输入电感的电流进行直接检测，也可以通过检测其它参量例如高频桥臂上开关管的电流来获取输入电感的电流，实现输入电感电流的检测。
进一步的，本发明实施例提供的控制方法中，步骤302的控制步骤可以在检测到输入电感的电流刚过零点时触发，也可以在检测到输入电感的电流即将过零点时触发，具体可以根据实际应用场景进行设定，本发明对此不做具体限定。
在本发明的一个具体实施例中，上述第一时长可以根据该输入电感的感量、该输入电感的电流和功率变换电路的交流输入电压确定。具体的，第一时长可以但不限于根据如下公式确定：
其中，Ton为第一时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δton为导通补偿量；在功率变换电路的交流输入电压瞬时值小于功率变换电路的母线电容Cpfc电压的一半时，导通补偿量Δton可以为0，在功率变换电路的交流输入电压瞬时值不小于功率变换电路的母线电容Cpfc电压的一半时，导通补偿量Δton可以不为0。
根据上述公式确定出的第一时长Ton也可以根据硬件延迟等不确定因素再进行微调。
在本发明的一个具体实施例中，第二时长可以根据经验数据设定为固定值，节省运算资源，控制简单。
在本发明的另一个具体实施例中，第二时长也可以不为固定值，例如每个开关周期内，可以根据如下公式确定：
其中，Toff为第二时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vc为功率变换电路的母线电容电压，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δtoff为关断补偿量。
上述第二时长的确定方式仅为示例，在本发明的其它具体实施例中，第二时长也可以采用其它方式确定。
进一步的，在本发明实施例中，导通补偿量Δton和关断补偿量Δtoff可以为正数、零或负数，可以为固定补偿量，也可以根据输入电压、输出电压、电感量变化以及输出负载进行运算调节或外部电路补偿，本发明对此不做具体限定。
下面以本发明实施例提供的控制方法应用于图1所示的单路图腾柱PFC电路为例，对具体控制流程进行说明。
在图1所示的单路图腾柱PFC电路的交流输入电压的正半周时，工频桥臂上的开关管Qsr1处于关断状态，开关管Qsr2处于导通状态，高频桥臂上的开关管Q2为主开关管，开关管Q1为续流开关管。当检测到输入电感L1电流即将过零点时，控制主开关管Q2处于导通状态、续流开关管Q1处于关断状态，此时，输入电感L1电流上升，电流从AC流经主开关管Q2、开关管Qsr2回到AC；经过第一时长Ton后，控制主开关管Q2处于关断状态，续流开关管Q1处于导通状态，此时，输入电感L1电流下降，电流从AC流经续流开关管Q1、母线电容以及后面的负载、开关管Qsr2回到AC。通过控制续流开关管Q1导通时长，即上述第二时长Toff，可以允许输入电感L1电流反向，并可以控制续流开关管Q1的关断反向电流的大小，保证有足够的电流来抽取和释放主开关管Q2和续流开关管Q1的寄生结电容的电荷，从而实现主开关管Q2的零电压开通。
在图1所示的单路图腾柱PFC电路的交流输入电压的负半周时，工频桥臂上的开关管Qsr2处于关断状态，开关管Qsr1处于导通状态，高频桥臂上的开关管Q1为主开关管，开关管Q2为续流开关管。具体控制流程与交流输入电压的正半周类似，在此不再详述。
较佳的，在功率变换电路的交流输入电压过零点时，还可以控制功率变换电路中的工频桥臂上的两个开关管同时处于关断状态指定时长，通过功率变换电路的交流输入电压使工频桥臂上的开关管的体二极管完成反向恢复，避免反向恢复电流过大。
经过实验数据也表明，PFC电路采用本发明实施例提供的控制方法，能够用简单算法实现功率变换的功能，并且能够实现高频桥臂开关管的零电压开通。
基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的功率变换电路的控制方法，相应地，本发明实施例还提供一种功率变换电路的控制装置，如图4所示，包括：
检测单元401，用于针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；
控制单元402，用于当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长。
其中，在功率变换电路的交流输入电压的正半周，高频桥臂上的主开关管为位于下桥臂的开关管，续流开关管为位于上桥臂的开关管；在功率变换电路的交流输入电压的负半周，高频桥臂上的主开关管为位于上桥臂的开关管，续流开关管为位于下桥臂的开关管。
较佳的，控制单元402，具体用于根据如下公式确定第一时长：
其中，Ton为第一时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δton为导通补偿量。
进一步的，控制单元402，具体用于根据如下公式确定第二时长：
其中，Toff为第二时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vc为功率变换电路的母线电容电压，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δtoff为关断补偿量。
较佳的，控制单元402，还用于在功率变换电路的交流输入电压过零点时，控制功率变换电路中的工频桥臂上的两个开关管同时处于关断状态指定时长。
综上所述，采用本发明实施例提供的功率变换电路的控制方案，能够实现高频桥臂开关管的零电压开通，减小电路损耗，提高电路效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种功率变换电路的控制方法，其特征在于，包括：
针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；
当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；
在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长，
所述第二时长根据如下公式确定：
其中，Toff为所述第二时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vc为功率变换电路的母线电容电压，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δtoff为关断补偿量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在功率变换电路的交流输入电压的正半周，高频桥臂上的主开关管为位于下桥臂的开关管，续流开关管为位于上桥臂的开关管；
在功率变换电路的交流输入电压的负半周，高频桥臂上的主开关管为位于上桥臂的开关管，续流开关管为位于下桥臂的开关管。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一时长根据如下公式确定：
其中，Ton为所述第一时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δton为导通补偿量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
在功率变换电路的交流输入电压过零点时，控制功率变换电路中的工频桥臂上的两个开关管同时处于关断状态指定时长。
5.一种功率变换电路的控制装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于针对功率变换电路中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；
控制单元，用于当检测到该输入电感的电流过零点时，控制该输入电感连接的高频桥臂上的主开关管处于导通状态第一时长，并控制该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于关断状态；在控制该主开关管处于导通状态第一时长后，控制该主开关管处于关断状态，并控制该续流开关管处于导通状态第二时长，
所述控制单元还具体用于根据如下公式确定所述第二时长：
其中，Toff为所述第二时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vc为功率变换电路的母线电容电压，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δtoff为关断补偿量。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在功率变换电路的交流输入电压的正半周，高频桥臂上的主开关管为位于下桥臂的开关管，续流开关管为位于上桥臂的开关管；
在功率变换电路的交流输入电压的负半周，高频桥臂上的主开关管为位于上桥臂的开关管，续流开关管为位于下桥臂的开关管。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制单元，具体用于根据如下公式确定所述第一时长：
其中，Ton为所述第一时长，Lpfc为该输入电感的感量，iin为该输入电感的电流，vin为功率变换电路的交流输入电压，Δton为导通补偿量。
8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还用于在功率变换电路的交流输入电压过零点时，控制功率变换电路中的工频桥臂上的两个开关管同时处于关断状态指定时长。
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