CN101483385A

CN101483385A - 一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法及电路

Info

Publication number: CN101483385A
Application number: CNA2008102418045A
Authority: CN
Inventors: 庞凤江
Original assignee: Konka Group Co Ltd
Current assignee: Konka Group Co Ltd
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2009-07-15

Abstract

一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法及电路，解决谐振电路中参数漂移而引起的谐振失效问题，采用的技术方案是，在能对设定的局部网络电路的电流、电压、等效阻抗、以及感抗、容抗的在线值实施监测软件管理程序支持下实现的，增设一个补偿电路来进一步控制调节谐振电路中的谐振参数，谐振电路结构中还增设有信号采样电路、带有CPU的控制电路、调整电路，信号采样电路将采集信号发送给控制电路，控制电路经过处理发出控制信号给调整电路进行参数调整，本发明的优点是，通过调整电感、电容来对变化的谐振电路进行补偿，控制电路集成了信号的逻辑处理、处理得出电感和电容的变化量并负责发出控制信号，使电路简单化，有利于系统的稳定性。

Description

一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法及电路

技术领域

本发明属于大功率电源电路领域，涉及一种谐振电路提供谐振频率的方法，特别是一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法及电路。

背景技术

在大功率电源电路中，软开关技术越来越广泛的被采用，它能使开关器件在开通或关断时的电压或电流为零，即在开通或关断时的功率损耗为零，因此在开关管开通占空比一定的情况下，即使开关管的开关频率提高，在开关时的损耗也不会有较大的变化，这为减小换流器的体积和重量，增大换流器的功率密度提供了非常有利的条件。

现有技术中的换流器一般都采用软开关的技术，以零电流型开关换流器为例，如图1中的换流器电路，软开关闭合时，谐振电感和谐振电容产生振荡频率供给负载，开关器件本身的寄生电容、寄生电感一集电路中的电感、电容随着电路的运行会有一定变化，这种变化将会引起谐振失效，进而增加开关过程的能量损耗，而且软开关也有自身固有的缺点，比如参数飘移引起的谐振失效、辅助器件过多引起装置可靠性下降、控制难度大等等，当参数漂移引起谐振失效时，开关管在开通、关断时的功耗会明显上升，使开关器件温度升高，严重时还会损坏开关器件，使电路不能正常工作。

发明内容

为解决对参数漂移而引起的谐振失效问题，本发明设计了一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法和电路，根据谐振的变化来调整谐振参数，实现电路补偿作用。

本发明为实现发明目的，采用的技术方案是，一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，本方法应用于功率较大的电源电路中，并在能对设定的局部网络电路的电流、电压、等效阻抗、以及感抗、容抗的在线值实施监测软件管理程序支持下实现的，在原有的调控电路上实现，增设一个补偿电路来进一步控制调节谐振电路中的谐振参数，先通过管理软件程序和CPU处理得出原谐振稳定时的谐振参数，当谐振变化时，再通过管理软件程序和CPU处理得出谐振变化后的谐振参数，然后将谐振变化后的谐振参数与原谐振稳定时的谐振参数相比较，确定变化量，带有CPU的控制电路发出控制信号调整谐振参数。

一种谐振开关换流器的谐振失效补偿电路，运用一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法实现对谐振电路谐振失效的补偿功能，谐振电路结构中增设有信号采样电路、带有CPU的控制电路、调整电路，信号采样电路采集谐振电感的电流信号、谐振电容的电压信号和开关元件的脉冲信号，并将采集结果发送给控制电路，控制电路经过CPU处理，发出控制信号控制调整电路中器件的开关。

本发明的有益效果是，在现有技术的基础上增加了补偿电路，通过调整电感、电容来对变化的谐振电路进行补偿，控制电路集成了信号的逻辑处理、处理得出电感和电容的变化量并负责发出电容和电感的控制信号，使电路简单化，有利于系统的稳定性，本发明适用于大功率的应用场合。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是现有技术中的换流器电路原理图。

图2是谐振电感的电流和谐振电容的电压波形图。

图3是本发明方法的具体步骤流程图。

图4是本发明中的谐振调整电路原理框图。

图5是本发明的具体实施例的原理图。

附图中，1是信号采样电路，2是控制电路，3是调整电路，4是开通时间传感器，U是电源，Q、Q1……Q4是开关管，C、C1、C2、C_d是电容，L、L1、L2、L_d是电感，R是负载，COM1是放大器，COM2是比较器，D是续电二极管。

具体实施方式

参看图3，一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，本方法应用于功率较大的电源电路中，并在能对设定的局部网络电路的电流、电压、等效阻抗、以及感抗、容抗的在线值实施监测软件管理程序支持下实现的，在原有的调控电路上实现，增设一个补偿电路来进一步控制调节谐振电路中的谐振参数，本方法实现的具体步骤为：

A、通过管理软件程序和CPU处理得出原谐振稳定时的谐振参数；

B、当谐振变化时，再通过管理软件程序和CPU处理得出谐振变化后的谐振参数；

C、将谐振变化后的谐振参数与原谐振稳定时的谐振参数相比较，确定变化量；

D、带有CPU的控制电路2发出控制信号调整谐振参数。

谐振参数为谐振电感L和谐振电容C的值，为了不出现谐振失效，在谐振变化时谐振电感L和谐振电容C必须要做调整。

谐振参数的处理方法是利用信号采样电路1采集信息，并将采集的信息发送给带有CPU的控制电路2，控制电路2中的CPU经过配套管理软件程序处理得出谐振参数的变化量，具体处理方法可参看下例：

1)、信号采样电路1经过采集得到谐振电感L的电流I_L、谐振电容C的电压U_C和开关元件门极的脉冲信号PWM，并发送给控制电路；

2)、控制电路2中CPU进行处理，首先可以直接计算出从开关开启到开始发生谐振时的工作时间t₁，并可确定谐振电感L的电流最大值I_m，谐振电感L中的初始值为I₀，

t_{1} = \frac{I_{0} L}{U_{g}} - - - 1

I_{m} = U_{g} \sqrt{\frac{C}{L}} - - - 2

由1式得，

L = \frac{U_{g} t_{1}}{I_{0}} - - - 3

由于电路起振时，谐振电容C上初始电压为U_C0，因此2式可变为：

I_{m} = (U_{g} - U_{C 0}) \sqrt{\frac{C}{L}} = (U_{g} + U_{D}) \sqrt{\frac{C}{L}} - - - 4

其中U_g是电源电压，U_D是二极管的导通压降，将3式代入4式得：

C = \frac{I_{m}^{2} U_{g}}{I_{0} {(U_{g} + U_{D})}^{2}} t_{1} - - - 5

由此确定出了原谐振稳定时的谐振电感L和谐振电容C的值；

3)、同理，根据上述步骤确定谐振变化后的谐振电感L`和谐振电容C`的值为：

L' = \frac{U_{g} t_{1}^{'}}{I_{0}} - - - 6

C' = \frac{I_{m}^{2'} U_{g}}{I_{0} {(U_{g} + U_{D})}^{2}} t_{1}^{'} - - - 7

4)、将谐振变化后与原谐振稳定时的谐振参数相比较，得出变化量为：

ΔL = L' - L = \frac{U_{g}}{I_{0}} (t_{1}^{'} - t_{1}) - - - 8

ΔC = C' - C = \frac{U_{g}}{I_{0} {(U_{g} + U_{D})}^{2}} (I_{m}^{2'} t_{1}^{'} - I_{m}^{2} t_{1}) - - - 9

控制电路2将控制信号发送给各个开关管，通过开关管的导通或截止来调整电感或电容值。

控制电路2集成了信号的逻辑处理、处理得出谐振电感L、谐振电容C的变化量并负责发出控制信号。

一种谐振开关换流器的谐振失效补偿电路，运用上述的补偿方法实现对谐振电路谐振失效的补偿功能，谐振电路结构中还增设有信号采样电路1、带有CPU的控制电路2、调整电路3，信号采样电路采集谐振电感L的电流信号、谐振电容C的电压信号和开关元件的脉冲信号PMW，并将采集结果发送给控制电路2，控制电路2经过CPU处理，发出控制信号控制调整电路3中器件的开关。

信号采样电路1中包括放大器COM1、比较器COM2和开通时间传感器4，放大器COM1将谐振电感L中的电流放大后送给控制电路2的匹配接口，比较器COM2将谐振电容C两端的电压比较后送给控制电路2的匹配端，开通时间传感器4检测出开关元件的调制脉宽并送给控制电路2的匹配输入端。

调整电路3包括并联电感组和并联电容组，每个并联的元件都有一个开关管与之相串接，每个开关管的控制端接收控制电路2输出的控制信号。

为更好的说明本发明的发明效果，特举出最佳实施例，在零电流型换流器的基础上增加了信号采样电路，参看图5，放大器COM1检测出流过谐振电感L的电流大小，比较器COM2检测谐振电容两端的电压，开关管Q1～Q4控制L1、L2、C1、C2是否参加谐振，当开关管开通时，相应的电感或电容参与谐振，当开关管关断时，相应想电感或电容不参与谐振，此电路中采用电感、电容分别并联，并联的越多，调整后的开关管开关时的损耗就越小，而且电感L1、L2的电感量大于谐振电感L，电容C1、C2的电容量都小于谐振电容C，根据感抗与电感量成正比，与电容量成反比，当并联的情况下流经的电流会比较小，此电路电容与电感的连接方式适合在大电流小电压的情况下工作。

本发明在现有技术上增加了补偿电路，通过控制电路2控制调整电路3，控制电路2集成了信号的逻辑处理、处理得出电感和电容的变化量，使电路简单化，有利于系统的稳定性，但在该电路中要求控制电路2中的CPU有较高的处理速度，适合于大功率的应用场合。

Claims

1、一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，本方法应用于功率较大的电源电路中，并在能对设定的局部网络电路的电流、电压、等效阻抗、以及感抗、容抗的在线值实施监测软件管理程序支持下实现的，其特征在于：在原有的调控电路上实现，增设一个补偿电路来进一步控制调节谐振电路中的谐振参数，本方法实现的具体步骤为：

D、带有CPU的控制电路(2)发出控制信号调整谐振参数。

2、根据权利要求1所述的一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，其特征在于：所述的谐振参数为谐振电感(L)和谐振电容(C)的值，为了不出现谐振失效，在谐振变化时谐振电感(L)和谐振电容(C)必须要做调整。

3、根据权利要求1所述的一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，其特征在于：所述的谐振参数的处理方法是利用信号采样电路(1)采集信息，并将采集的信息发送给带有CPU的控制电路(2)，控制电路(2)中的CPU经过配套管理软件程序处理得出谐振参数的变化量。

4、根据权利要求1所述的一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，其特征在于：所述的控制电路(2)将控制信号发送给各个开关管，通过开关管的导通或截止来调整电感或电容值。

5、根据权利要求3或4所述的一种谐振开关换流器的谐振失效补偿方法，其特征在于：所述的控制电路(2)集成了信号的逻辑处理、处理得出谐振电感(L)、谐振电容(C)的变化量并负责发出控制信号。

6、一种谐振开关换流器的谐振失效补偿电路，运用权利要求1中所述的方法实现对谐振电路谐振失效的补偿功能，其电路结构中包括开关管、电源、谐振电感、谐振电容和续电二极管，谐振电感和谐振电容通过谐振为负载提供振荡频率，其特征在于：所述的谐振电路结构中还增设有信号采样电路(1)、带有CPU的控制电路(2)、调整电路(3)，信号采样电路采集谐振电感(L)的电流信号、谐振电容(C)的电压信号和开关元件的脉冲信号PMW，并将采集结果发送给控制电路(2)，控制电路(2)经过CPU处理，发出控制信号控制调整电路(3)中器件的开关。

7、根据权利要求6所述的一种谐振开关换流器的谐振失效补偿电路，其特征在于：所述的信号采样电路(1)中包括放大器(COM1)、比较器(COM2)和开通时间传感器(4)，放大器(COM1)将谐振电感(L)中的电流放大后送给控制电路(2)的匹配接口，比较器(COM2)将谐振电容(C)两端的电压比较后送给控制电路(2)的匹配端，开通时间传感器(4)检测出开关元件的调制脉宽并送给控制电路(2)的匹配输入端。

8、根据权利要求6所述的一种谐振开关换流器的谐振失效补偿电路，其特征在于：所述的调整电路(3)包括并联电感组和并联电容组，每个并联的元件都有一个开关管与之相串接，每个开关管的控制端接收控制电路(2)输出的控制信号。