一种交错图腾柱电路、单路图腾柱电路的控制方法及装置

摘要

本发明公开了一种交错图腾柱电路、单路图腾柱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：针对交错图腾柱电路中的多个输入电感中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种交错图腾柱电路、单路图腾柱电路的控制方法及装置。

背景技术

现有技术中高效功率变换电路主要包括图1所示的单路图腾柱电路和图2所示的交错图腾柱电路。

图1所示的单路图腾柱电路中，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；该工频桥臂和该高频桥臂并联，并联后的两端作为单路图腾柱电路的直流接线端；该高频桥臂的中点连接一个输入电感L1的一端，该输入电感L1的另一端和该工频桥臂的中点作为单路图腾柱电路的交流接线端；

图2所示的交错图腾柱电路中，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；该工频桥臂和该n个高频桥臂并联，并联后的两端作为交错图腾柱电路的直流接线端；该n个高频桥臂的中点分别连接n个输入电感L1～Ln中的一个输入电感的一端，该n个输入电感L1～Ln的另一端相连，相连后的接线端和该工频桥臂的中点作为交错图腾柱电路的交流接线端。

两种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控制在电路的交流接线端电压瞬时值小于母线电容C电压的一半时能够实现高频桥臂上开关管的零电压开通，但在交流接线端电压瞬时值大于母线电容C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交错图腾柱电路、单路图腾柱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交错图腾柱电路的控制方法，包括：

针对交错图腾柱电路中的多个输入电感中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；

在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

具体的，在交错图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在交错图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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，每个输入电感对应的预设反向电流和所述多个输入电感的感量相关。

具体的，针对所述多个输入电感中的每个输入电感，该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越大，对应的预设反向电流越小；该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越小，对应的预设反向电流越大。

本发明实施例提供了一种单路图腾柱电路的控制方法，包括：

针对单路图腾柱电路中的输入电感，检测该输入电感的电流；

在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续 处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

具体的，在单路图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在单路图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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。

本发明实施例还提供了一种交错图腾柱电路的控制装置，包括：

检测单元，用于针对交错图腾柱电路中的多个输入电感中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；

控制单元，用于在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

具体的，在交错图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在交错图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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，每个输入电感对应的预设反向电流和所述多个输入电感的感量相关。

具体的，针对所述多个输入电感中的每个输入电感，该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越大，对应的预设反向电流越小；该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越小，对应的预设反向电流越大。

本发明实施例还提供了一种单路图腾柱电路的控制装置，包括：

检测单元，用于针对单路图腾柱电路中的输入电感，检测该输入电感的电 流；

控制单元，用于在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

具体的，在单路图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在单路图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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。

本发明实施例提供的方案中，在续流开关管处于导通状态、主开关处于关断状态时，控制续流开关管和主开关管保持当前状态直到输入电感的电流反向，才控制续流开关管关断、主开关管导通，主开关管导通时的电压仅为体二极管的管压降，从而实现了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为单路图腾柱电路的结构示意图；

图2为交错图腾柱电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的控制方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的单路图腾柱电路中的高频桥臂上开关管的驱动信号示意图；

图5(a)为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的工作状态示意图之一；

图5(b)为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的工作状态示意图之二；

图5(c)为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的工作状态示意图之三；

图5(d)为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的工作状态示意图之四；

图5(e)为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的工作状态示意图之五；

图6为本发明实施例提供的交错图腾柱电路的控制方法的流程示意图；

图7为两路交错图腾柱电路的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的交错图腾柱电路中的高频桥臂上开关管的驱动信号示意图；

图9为本发明实施例提供的交错图腾柱电路中的输入电感的电流示意图之一；

图10为本发明实施例提供的交错图腾柱电路中的输入电感的电流示意图之二；

图11为本发明实施例提供的单路图腾柱电路的控制装置的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的交错图腾柱电路的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了给出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交错图腾柱电路、单路图腾柱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单路图腾柱电路的控制方法，如图3所示，可以包括如下步骤：

步骤301、针对单路图腾柱电路中的输入电感，检测该输入电感的电流；

步骤302、在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状 态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

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。

具体的，在单路图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在单路图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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。

下面以图1所示单路图腾柱电路交流接线端输入交流电为例，对采用本发明实施例提供的控制方法的单路图腾柱电路的工作状态进行说明。

在图1所示的单路图腾柱电路的交流接线端的电压正半周，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。考虑到死区时间，主开关管Q2的驱动信号Vgs2和续流开关管Q1的驱动信号Vgs1如图4所示，IL1为输入电感L1的电流，Ineg1为输入电感L1对应的预设反向电流，t0～t5时段为一个开关周期。

t0～t1时段为死区时间，图1所示单路图腾柱电路的工作状态如图5(a)所示，主开关管Q2和续流开关管Q1均处于关断状态，主开关管Q2的体二极管导通；主开关管Q2的体二极管与输入电感L1、工频桥臂上的开关管Qsr2构成电流回路，输入电感L1的负向电流逐渐减小，此阶段，输入电感L1释能。

t1～t2时段，图1所示单路图腾柱电路的工作状态如图5(b)所示，主开关管Q2处于导通状态，续流开关管Q1处于关断状态；主开关管Q2与工频桥臂上的开关管Qsr2、输入电感L1构成电流回路，输入电感L1的负向电流逐渐减小到零，电流方向由负向转变为正向，且正向电流逐渐变大，此阶段，输 入电感L1先释能后储能。

由于主开关管Q2开通时的电压仅为体二极管的管压降，因此主开关管Q2的开通是一个零电压开通过程。

t2～t3时段为死区时间，图1所示单路图腾柱电路的工作状态如图5(c)所示，主开关管Q2和续流开关管Q1均处于关断状态，但续流开关管Q1的体二极管导通；续流开关管Q1的体二极管与母线电容C、工频桥臂上的开关管Qsr2和输入电感L1构成电流回路，输入电感L1的正向电流逐渐减小，此阶段，电感L1释能。

t3～t4时段，图1所示单路图腾柱电路的工作状态如图5(d)所示，主开关管Q2处于关断状态，续流开关管Q1处于导通状态；续流开关管Q1与母线电容C、工频桥臂上的开关管Qsr2和输入电感L1构成电流回路，输入电感L1的正向电流逐渐减小到零，此阶段，输入电感L1释能。

t4～t5时段，图1所示单路图腾柱电路的工作状态如图5(e)所示，主开关管Q2处于关断状态，续流开关管Q1继续处于导通状态；续流开关管Q1与输入电感L1、工频桥臂上的开关管Qsr2和母线电容C构成电流回路，输入电感L1的电流方向由正向转变为负向，且负向电流逐渐变大，为下一个开关周期主开关管Q2的零电压开通做准备，此阶段，输入电感L1储能。

在图1所示的单路图腾柱电路的交流接线端的电压负半周，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。单路图腾柱电路的工作状态与交流接线端的电压正半周类似，在此不再详述。

可见，采用本发明实施例提供的单相错图腾柱电路的控制方法，在续流开关管处于导通状态、主开关处于关断状态时，控制续流开关管和主开关管保持当前状态直到输入电感的电流反向，从而可以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。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种交错图腾柱电路的控制方 法，如图6所示，可以包括如下步骤：

步骤601、针对交错图腾柱电路中的多个输入电感中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；

步骤602、在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

本发明实施例提供的控制方法中，步骤601检测每个输入电感的电流，可以对每个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每个输入电感的电流，实现每个输入电感电流的检测。

具体的，在交错图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在交错图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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。

若采用本发明实施例提供的控制方法，不考虑死区时间，在图7所示的两路交错图腾柱电路交流接线端的电压正半周，输入电感L1连接的高频桥臂上的主开关管Q2的驱动信号Vgs2和续流开关管Q1的驱动信号Vgs1、输入电感L2连接的高频桥臂上的主开关管Q4的驱动信号Vgs4和续流开关管Q3的驱动信号Vgs3如图8所示，主开关管Q2的驱动信号Vgs2和续流开关管Q1的驱动信号Vgs1互补，主开关管Q4的驱动信号Vgs4和续流开关管Q3的驱动信号Vgs3互补，主开关管Q2的驱动信号Vgs2和主开关管Q4的驱动信号Vgs4相差1/2个开关周期，续流开关管Q1的驱动信号Vgs1和续流开关管Q3的驱动信号Vgs3相差1/2个开关周期；IL1为输入电感L1的电流，Ineg1为输 入电感L1对应的预设反向电流，IL2为输入电感L2的电流，Ineg2为输入电感L2对应的预设反向电流，t0～t5时段为一个开关周期。各时段电路的工作状态在此不再详述。

本发明实施例提供的交错图腾柱电路的控制方法中，每个输入电感对应的预设反向电流可以相同，也可以不相同，本发明对此不做具体限定。

实际上，由于生产工艺的限制，交错图腾柱电路中的多个输入电感的感量可能存在偏差较大的情况。例如，图7所示的两路交错图腾柱电路中，输入电感L1和输入电感L2的感量偏差较大，此时若设定输入电感L1对应的预设反向电流Ineg1和输入电感L2对应的预设反向电流Ineg2相同，输入电感L1和输入电感L2的电流平均值/有效值就会产生较大的差异，输入电感L1和输入电感L2的合成电流Itotal如图9所示，纹波比较大，导致热量分布不均衡，带来电路的可靠性风险。

因此，较佳的，交错图腾柱电路中每个输入电感对应的预设反向电流可以和该交错图腾柱电路中所有输入电感的感量相关，根据每个输入电感的感量大小来设定对应的预设反向电流。具体的，针对交错图腾柱电路中的多个输入电感中的每个输入电感，该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越大，对应的预设反向电流越小；该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越小，对应的预设反向电流越大。

例如，图7所示的两路交错图腾柱电路中，若输入电感L1的感量大于输入电感L2的感量，则设定输入电感L1对应的预设反向电流Ineg1小于输入电感L2对应的预设反向电流Ineg2，控制输入电感L1的负向电流变化幅度小于输入电感L2的负向电流变化幅度，从而使得输入电感L1和输入电感L2的电流平均值/有效值不会产生较大的差异，输入电感L1和输入电感L2的合成电流Itotal如图10所示，纹波比较小，避免热量分布不均衡，提高电路的可靠性。

经过仿真实验数据也表明，采用本发明实施例提供的交错图腾柱电路的控制方法，不但能够实现高频桥臂开关管的零电压开通，在输入电感的感量存在 差异时，还能够起到均流的作用。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的单路图腾柱电路的控制方法，相应地，本发明实施例还提供一种单路图腾柱电路的控制装置，如图11所示，包括：

检测单元1101，用于针对单路图腾柱电路中的输入电感，检测该输入电感的电流；

控制单元1102，用于在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

具体的，在单路图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在单路图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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。

各单元的具体功能可以参见前述单路图腾柱电路的控制方法实施例，在此不再详述。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的交错图腾柱电路的控制方法，相应地，本发明实施例还提供一种交错图腾柱电路的控制装置，如图12所示，包括：

检测单元1201，用于针对交错图腾柱电路中的多个输入电感中的每个输入电感，检测该输入电感的电流；

控制单元1202，用于在该输入电感连接的高频桥臂上的续流开关管处于导通状态、主开关管处于关断状态时，若检测到该输入电感的电流未达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管继续处于导通状态、该处 于关断状态的主开关管继续处于关断状态；若检测到该输入电感的电流达到对应的预设反向电流，则控制该处于导通状态的续流开关管关断、该处于关断状态的主开关管导通。

具体的，在交错图腾柱电路交流接线端的电压正半周，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；在交错图腾柱电路交流接线端的电压负半周，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，每个输入电感对应的预设反向电流和该多个输入电感的感量相关。

具体的，针对该多个输入电感中的每个输入电感，该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越大，对应的预设反向电流越小；该输入电感的感量相比于其它输入电感的感量越小，对应的预设反向电流越大。

各单元的具体功能可以参见前述交错图腾柱电路的控制方法实施例，在此不再详述。

综上所述，采用本发明实施例提供的控制方案，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。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算 机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例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。