CN110138230A - 谐振电路控制方法、电源电路及充电桩 - Google Patents

谐振电路控制方法、电源电路及充电桩 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种谐振电路控制方法、电源电路及充电桩，涉及充电技术领域。由于预设的发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期，且第一时间周期、第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联，故根据第一时间周期和第二时间周期在发波时间周期内向每个开关管交替输出调频波和调宽波，可使每个开关管在每个发波时间周期内既能接收到调频波，又能接收到调宽波，实现调频波与调宽波的交替输出，这样每个开关管的关断电流也能实现大关断电流与小关断电流的交替，使得所有开关管的损耗基本一致，从而避免谐振电路中产生较大的温差，实现热量分布均衡的效果。

Description

谐振电路控制方法、电源电路及充电桩
技术领域
本申请涉及充电技术领域，具体而言，涉及一种谐振电路控制方法、电源电路及充电桩。
背景技术
随着充电技术的发展，更高的转换效率和更宽的输出电压范围已成为充电模块满足充电行业需求的必然趋势。
为实现更高的转换效率，LLC(Lr，Lm，Cr的缩写，它们分别代表谐振参数中的谐振电感、励磁电感和谐振电容)拓扑在充电模块的设计中被广泛采用。由于LLC拓扑的高效工作区间较窄，故在充电领域较宽的输出电压和输出电流范围内，很难做到低压输出和轻载输出时具有较高的转换效率。
现有的解决方案中，一般是通过调频调宽的发波方式来降低低压输出和轻载输出时的工作频率，从而达到提升转换效率的目的。但是在调频调宽时，功率器件关断电流大小不同，损耗也会存在差异，先关断的功率器件的损耗非常大，后关断的功率器件的损耗很小，导致热量分布不均衡，从而形成散热短板。
发明内容
本申请的目的在于提供一种谐振电路控制方法、电源电路及充电桩，以解决谐振电路中因功率器件损耗不同导致的热量分布不均衡的问题。
本申请的实施例可以这样实现：
第一方面，本申请的实施例提供了一种谐振电路控制方法，所述方法包括:获取预设的发波时间周期，所述发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期；其中,所述第一时间周期、所述第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联；根据所述第一时间周期和所述第二时间周期在所述发波时间周期内向每个所述开关管交替输出调频波和调宽波。
可选的，当所述多个开关管的物理散热相同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均不小于所述开关管的开关周期，并且所述第一时间周期与所述第二时间周期相同。
可选的，当所述多个开关管的物理散热不同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均大于所述开关管的开关周期,并且所述第一时间周期和所述第二时间周期不同。
可选的，所述根据所述第一时间周期和所述第二时间周期在所述发波时间周期内向每个所述开关管交替输出调频波和调宽波的步骤包括：当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调频波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调宽波；或当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调宽波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调频波。
第二方面，本申请的实施例还提供了一种电源电路，包括谐振电路及控制器,所述谐振电路包括多个开关管,所述多个开关管均与所述控制器电连接；所述控制器中预存有发波时间周期，所述发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期；其中,所述第一时间周期、所述第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联；所述控制器用于根据所述第一时间周期和所述第二时间周期在所述发波时间周期内向每个所述开关管交替输出调频波和调宽波。
可选的，当所述多个开关管的物理散热相同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均不小于所述开关管的开关周期，并且所述第一时间周期与所述第二时间周期相同。
可选的，当所述多个开关管的物理散热不同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均大于所述开关管的开关周期,并且所述第一时间周期和所述第二时间周期不同。
可选的，所述控制器用于当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调频波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调宽波；当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调宽波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调频波。
可选的，所述多个开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管与所述第三开关管串联，所述第二开关管和所述第四开关管串联；所述控制器用于当在所述第一时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调频波时，则在所述第二时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调宽波；当在所述第一时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调宽波时，则在所述第二时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调频波。
第三方面，本申请的实施例还提供了一种充电桩，包括上述第二方面所述的电源电路。
相对现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供的谐振电路控制方法、电源电路及充电桩，由于预设的发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期，且第一时间周期、第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联，故根据第一时间周期和第二时间周期在发波时间周期内向每个开关管交替输出调频波和调宽波，可使每个开关管在每个发波时间周期内既能接收到调频波，又能接收到调宽波，实现调频波与调宽波的交替输出，这样每个开关管的关断电流也能实现大关断电流与小关断电流的交替，使得所有开关管的损耗基本一致，从而避免谐振电路中产生较大的温差，实现热量分布均衡的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例所提供的电源电路的一种结构框图；
图2为本申请实施例所提供的谐振电路控制方法的一种流程示意图；
图3为本申请实施例所提供的电源电路的一种可实现的电路结构示意图；
图4为调频波和调宽波交替输出的一种示意图；
图5为调频波和调宽波交替输出的另一种示意图。
图标：100-电源电路；110-谐振电路；120-控制器；111-开关管；Q1-第一开关管；Q2-第二开关管；Q3-第三开关管；Q4-第四开关管。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，为本实施例提供的电源电路100的一种结构框图。该电源电路100可以应用在充电桩上，包括谐振电路110及控制器120，该谐振电路110包括多个开关管111，该多个开关管111均与控制器120电连接。该控制器120可以在谐振电路110的超谐振区(LLC工作频率大于谐振频率的工作区)内，通过对该多个开关管111实施调频调宽的发波策略，在提升电路转换效率的同时，还可以使该多个开关管111的损耗基本一致，在一定程度上保证了热量分布的均衡性。下面，对该电源电路100的具体工作原理进行详细说明。
在本实施例中，该控制器120中预存有发波时间周期，该发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期；其中,第一时间周期、第二时间周期与谐振电路110中的多个开关管111的物理散热关联。
具体地，当多个开关管111的物理散热相同时，第一时间周期和第二时间周期均不小于开关管111的开关周期，并且第一时间周期与第二时间周期相同；当多个开关管111的物理散热不同时，第一时间周期和第二时间周期均大于开关管111的开关周期，并且第一时间周期和第二时间周期不同。
可选的，当多个开关管111的物理散热不同时，第一时间周期和第二时间周期可以均大于开关管111的开关周期的最大值。
在本实施例中，可以通过实测的方式判断该多个开关管111的物理散热是否相同。当该多个开关管111在发热量相同的情况下，若温度基本一致，则表明该多个开关管111的物理散热相同；若温度不一致，则表明该多个开关管111的物理散热不同。其中，物理散热是指与开关管111关联的物理散热通道的散热情况。
例如，当开关管111的开关周期为T，且经过实测发现该多个开关管111的物理散热相同，则可以设定第一时间周期t1＝第二时间周期t2＝开关周期T或者设定第一时间周期t1＝第二时间周期t2>开关周期T；当该多个开关管111的物理散热不同，则可以设定第一时间周期t1大于开关周期T，第二时间周期t2大于开关周期T，且第一时间周期t1和第二时间周期t2不同，其中t1和t2的具体数值根据实际采用的开关管111的散热情况来确定，本申请对此不做限制。
该控制器120用于根据第一时间周期和第二时间周期在发波时间周期内向每个开关管111交替输出调频波和调宽波。
具体地，该控制器120用于当在第一时间周期内向开关管111输出调频波时，则在第二时间周期内向开关管111输出调宽波；当在第一时间周期内向开关管111输出调宽波时，则在第二时间周期内向开关管111输出调频波。
在本实施例中，调频波一般比调宽波的占空比大，控制器120针对每个开关管111，根据获取的第一时间周期和第二时间周期交替输出调频波和调宽波，这样在每个发波时间周期内，同一个开关管111的驱动端口上，既有调频波又有调宽波，大占空比和小占空比实现了交替，对应开关管111的关断电流也实现了大关断电流和小关断电流的交替，从而使得所有开关管111的损耗基本一致，实现谐振电路110中热量分布均衡的效果。
请参考图2，为本实施例提供的谐振电路控制方法的一种流程示意图。需要说明的是，本申请实施例的谐振电路控制方法并不以图2以及以下的具体顺序为限制，应当理解，在其他实施例中，本申请实施例的谐振电路控制方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。还需要说明的是，本实施例提供的谐振电路控制方法，其基本原理及产生的技术效果与上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中的相应内容。该谐振电路控制方法可以应用在上述的控制器120中，下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S101，获取预设的发波时间周期，发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期；其中,第一时间周期、第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联。
可选的，当多个开关管的物理散热相同时，第一时间周期和第二时间周期均不小于开关管的开关周期，并且第一时间周期与第二时间周期相同。
可选的，当多个开关管的物理散热不同时，第一时间周期和第二时间周期均大于开关管的开关周期，并且第一时间周期和第二时间周期不同。
步骤S102，根据第一时间周期和第二时间周期在发波时间周期内向每个开关管交替输出调频波和调宽波。
具体地，该步骤S102包括：当在第一时间周期内向开关管输出调频波时，则在第二时间周期内向开关管输出调宽波，或当在第一时间周期内向开关管输出调宽波时，则在第二时间周期内向开关管输出调频波。
下面，以图3所示的电源电路100为例，对本申请中控制器120交替输出调频波和调宽波的原理进行详细的阐述。如图3所示，该多个开关管包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，第一开关管Q1与第三开关管Q3串联，第二开关管Q2和第四开关管Q4串联，控制器120与第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的驱动端口均电连接。控制器120通过输出PWM1信号控制第一开关管Q1开通或关断，输出PWM2信号控制第二开关管Q2开通或者关断，输出PWM3信号控制第三开关管Q3开通或者关断，输出PWM4信号控制第四开关管Q4开通或者关断，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4信号驱动一组LLC谐振桥。
该控制器120用于当在第一时间周期内向第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3或第四开关管Q4输出调频波时，则在第二时间周期内向第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3或第四开关管Q4输出调宽波；当在第一时间周期内向第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3或第四开关管Q4输出调宽波时，则在第二时间周期内向第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3或第四开关管Q4输出调频波。
如图4所示，当第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的物理散热相同时，则可设置第一时间周期t1和第二时间周期t2与开关周期T一致，控制器120通过在第一时间周期t1和第二时间周期t2交替输出调频波和调宽波，可使第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的损耗在理论上是相等的。具体地，针对第一开关管Q1和第二开关管Q2，控制器120在第一时间周期t1内输出调宽波，在第二时间周期t2内输出调频波；针对第三开关管Q3和第四开关管Q4，控制器120在第一时间周期t1内输出调频波，在第二时间周期t2内输出调宽波。
如图5所示，当第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的物理散热不同时，则根据第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的物理散热情况确定第一时间周期t1和第二时间周期t2，此时第一时间周期t1>开关周期T，第二时间周期t2>开关周期T，且第一时间周期t1≠第二时间周期t2，控制器120通过在第一时间周期t1和第二时间周期t2交替输出调频波和调宽波，从而调整PWM1信号、PWM2信号、PWM3信号和PWM4信号在发波时间周期内的占空比，使得第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的损耗基本一致。具体地，针对第一开关管Q1和第三开关管Q3，控制器120在第一时间周期t1内输出调宽波，在第二时间周期t2内输出调频波；针对第二开关管Q2和第四开关管Q4，控制器120在第一时间周期t1内输出调频波，在第二时间周期t2内输出调宽波。
可见，本申请在实现调频调宽发波的基础上，通过在第一时间周期t1和第二时间周期t2交替输出调频波和调宽波，无论第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的物理散热是否相同，在每个发波时间周期t1+t2中，控制器120输出的PWM1信号、PWM2信号、PWM3信号和PWM4信号中均包括了调频波和调宽波，调频波的理论占空比为50％，调宽波的占空比随开关频率变化而变化，大占空比和小占空比实现了交替，对于第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4中的任一个而言，也实现了大关断电流和小关断电流的交替，从而保证了第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的损耗基本一致，避免了因关断电流大小不同造成的损耗差异以致形成散热短板的问题。
需要说明的是，上述图3至图5描述的仅是其中的一种，类似于图3的电源电路100，均可采用本申请的谐振电路控制方法，原理类似，在此不进行赘述。
综上所述，本申请实施例提供的谐振电路控制方法、电源电路及充电桩，由于预设的发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期，且第一时间周期、第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联，故根据第一时间周期和第二时间周期在发波时间周期内向每个开关管交替输出调频波和调宽波，可使每个开关管在每个发波时间周期内既能接收到调频波，又能接收到调宽波，实现调频波与调宽波的交替输出，这样每个开关管的关断电流也能实现大关断电流与小关断电流的交替，使得所有开关管的损耗基本一致，从而避免谐振电路中产生较大的温差，实现热量分布均衡的效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种谐振电路控制方法，其特征在于，所述方法包括:
获取预设的发波时间周期，所述发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期；其中,所述第一时间周期、所述第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联；
根据所述第一时间周期和所述第二时间周期在所述发波时间周期内向每个所述开关管交替输出调频波和调宽波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述多个开关管的物理散热相同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均不小于所述开关管的开关周期，并且所述第一时间周期与所述第二时间周期相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述多个开关管的物理散热不同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均大于所述开关管的开关周期,并且所述第一时间周期和所述第二时间周期不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一时间周期和所述第二时间周期在所述发波时间周期内向每个所述开关管交替输出调频波和调宽波的步骤包括：
当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调频波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调宽波；或
当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调宽波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调频波。
5.一种电源电路，其特征在于，包括谐振电路及控制器,所述谐振电路包括多个开关管,所述多个开关管均与所述控制器电连接；所述控制器中预存有发波时间周期，所述发波时间周期包括相邻的第一时间周期和第二时间周期；其中,所述第一时间周期、所述第二时间周期与谐振电路中的多个开关管的物理散热关联；
所述控制器用于根据所述第一时间周期和所述第二时间周期在所述发波时间周期内向每个所述开关管交替输出调频波和调宽波。
6.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，当所述多个开关管的物理散热相同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均不小于所述开关管的开关周期，并且所述第一时间周期与所述第二时间周期相同。
7.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，当所述多个开关管的物理散热不同时，所述第一时间周期和所述第二时间周期均大于所述开关管的开关周期,并且所述第一时间周期和所述第二时间周期不同。
8.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，所述控制器用于当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调频波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调宽波；当在所述第一时间周期内向所述开关管输出调宽波时，则在所述第二时间周期内向所述开关管输出调频波。
9.根据权利要求8所述的电源电路，其特征在于，所述多个开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管与所述第三开关管串联，所述第二开关管和所述第四开关管串联；
所述控制器用于当在所述第一时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调频波时，则在所述第二时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调宽波；当在所述第一时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调宽波时，则在所述第二时间周期内向所述第一开关管、第二开关管、第三开关管或所述第四开关管输出调频波。
10.一种充电桩，其特征在于，包括如权利要求5-9任一项所述的电源电路。
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