CN101719725B - 谐振桥式功率变换器的控制装置及其控制方法 - Google Patents

谐振桥式功率变换器的控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种谐振桥式功率变换器的控制装置，控制装置的信号输入端分别接谐振回路和负载的信号输出端，控制装置的信号输出端输出控制信号至功率开关管，功率开关管的输入端接直流电压源，功率开关管、谐振回路和负载串联，用于检测电压、电流波形的控制装置内部设有周期测量模块和限时模块。本发明还公开了一种谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法。本发明通过增加用于测量谐振回路输出的谐振电流方向信号变化周期的周期测量模块，以及用于限制延时时间的限时模块，保证了限时后延时时间小于谐振回路振荡周期的一半，可变延时结束总是先于谐振电流方向的改变，以避免可变延时模块反复复位。

Description

谐振桥式功率变换器的控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及谐振桥式功率变换器，特别是一种谐振桥式功率变换器的控制装置及其控制方法。 
技术背景
目前，谐振桥式功率变换器的控制装置有很多种，压控振荡器和自持振荡控制器(SSOC)最为常见。市场上大部分谐振桥式功率变换器的控制装置都属于压控振荡器，其原理如下：从光电耦合器输出的反馈电压连接到控制器的RC振荡器，使得振荡频率随着反馈电压的变化而变化，频率上、下限由电阻、电容设定，这种控制方式的缺点是电阻、电容的数值固定，输出频率范围无法适应谐振回路频率特性的误差。此外，自持振荡控制器(SSOC)同样没有对谐振回路元件参数变化的自适应能力，如果元件误差导致谐振回路振荡周期过短，控制器中的可变延时模块延时未结束就被重复复位，反复复位会导致延时永远无法结束，最终导致电路停止振荡。 
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种具有自适应能力的谐振桥式功率变换器的控制装置。 
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种谐振桥式功率变换器的控制装置，控制装置的信号输入端分别接谐振回路和负载的信号输出端，控制装置的信号输出端输出控制信号至功率开关管，功率开关管的输入端接直流电压源，用于将直流电压转换为高频方波电压的功率开关管、用于传输高频电压并产生接近正弦波电流的谐振 回路和负载串联，用于检测电压、电流波形的控制装置内部设有周期测量模块和限时模块。 
所述的控制装置还包括过零检测模块，过零检测模块的输入端与谐振回路的信号输出端相连，过零检测模块的输出端分别与触发器、可变延时模块和周期测量模块的输入端连接，周期测量模块的输出端与限时模块的输入端连接，限时模块的输出端与可变延时模块的输入端连接，可变延时模块的输出端接触发器的输入端，触发器输出开关控制信号至功率开关管，限时模块的信号输入端与环路调节模块的信号输出端连接，负载向环路调节模块输出反馈信号。 
本发明的另一目的在于提供一种谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，包括功率开关管将直流电压转换为高频方波电压输出至谐振回路，高频电压经谐振回路传输至负载，负载输出反馈电压信号至控制装置，谐振回路输出反馈电流信号至控制装置，控制装置内的周期测量模块测量谐振回路输出的谐振电流方向信号变化的周期，并用限时模块限制延时时间。 
所述的控制装置还包括过零检测模块，过零检测模块的输入端与谐振回路的信号输出端相连，过零检测模块的输出端分别与触发器、可变延时模块和周期测量模块的输入端连接，周期测量模块的输出端与限时模块的输入端连接，限时模块的输出端与可变延时模块的输入端连接，可变延时模块的输出端接触发器的输入端，触发器输出开关控制信号至功率开关管，限时模块的信号输入端与环路调节模块的信号输出端连接，负载向环路调节模块输出反馈信号。 
所述的过零检测模块读取由谐振回路输出的谐振电流的方向信号，当谐振电流的方向为正时，过零检测模块输出的谐振电流方向信号为1；反之，当谐振电流的方向为负时，过零检测模块输出的谐振电流方向信号为0。 
所述的可变延时模块在谐振电流方向信号改变时开始计时，计满溢出后向触发器输出触发信号，所述的触发器接收到可变延时模块的触发信号，且功率开关管当前输出的电压方向与谐振电流的方向相同时，触发器翻转，断开当前处于接通状态的开关管，接通当前处于断开状态的开关管。 
所述的过零检测模块读取由谐振回路输出的谐振电流的方向信号，当谐振电流方向信号由0变为1时，周期测量模块从0开始计时；当谐振电流方向信号再次由0变为1时，周期测量模块输出累计周期时间至限时模块并清零，返回过零检测模块重新读取由谐振回路输出的谐振电流的方向信号。 
所述的环路调节模块根据负载输出的反馈电压信号，计算可变延时时间并将该可变延时时间输出至限时模块，所述的限时模块读取周期测量模块输出的周期时间，并读取环路调节模块输出的可变延时时间，将周期时间的一半与可变延时时间比较，限时模块将二者中的较小者输出至可变延时模块。 
由上述技术方案可知，本发明在原自持振荡控制器(SSOC)的基础上，通过增加用于测量谐振回路输出的谐振电流方向信号变化周期的周期测量模块，以及用于限制延时时间的限时模块，保证了限时后延时时间小于谐振回路振荡周期的一半，可变延时结束总是先于谐振电流方向的改变，以避免可变延时模块反复复位。本发明对于各种参数的谐振回路元件都能自行适应，保证电路持续运行可靠。 
附图说明
图1是控制装置与其外围电路的方框图； 
图2是控制装置内部的方框图； 
图3、4分别是周期测量模块和限时模块的工作流程图。 
具体实施方式
一种谐振桥式功率变换器的控制装置，如图1所示，控制装置1的信号输入端分别接谐振回路3和负载4的信号输出端，控制装置1的信号输出端输出控制信号至功率开关管2，功率开关管2的输入端接直流电压源，用于将直流电压转换为高频方波电压的功率开关管2、用于传输高频电压并产生接近正弦波电流的谐振回路3和用于将高频电压转换为直流电压或其他形式能量的负载4串联，用于检测电压、电流波形的控制装置1内部设有周期测量模块8和限时模块9。 
如图2所示，所述的控制装置1还包括过零检测模块5，过零检测模块5的输入端与谐振回路3的信号输出端相连，过零检测模块5的输出端分别与触发器7、可变延时模块6和周期测量模块8的输入端连接，周期测量模块8的输出端与限时模块9的输入端连接，限时模块9的输出端与可变延时模块6的输入端连接，可变延时模块6的输出端接触发器7的输入端，触发器7输出开关控制信号至功率开关管2，限时模块9的信号输入端与环路调节模块10的信号输出端连接，负载4向环路调节模块10输出反馈信号。 
在工作时，如图1所示，功率开关管2将直流电压转换为高频方波电压输出至谐振回路3，高频电压经谐振回路3传输至负载4，负载4输出反馈电压信号至控制装置1，谐振回路3输出反馈电流信号至控制装置1，控制装置1内的周期测量模块8测量谐振回路3输出的谐振电流方向信号变化的周期，并用限时模块9限制延时时间。 
如图2所示，所述的过零检测模块5读取由谐振回路3输出的谐振电流的方向信号，当谐振电流的方向为正时，过零检测模块5输出的谐振电流方向信号为1；反之，当谐振电流的方向为负时，过零检测模块5输出的谐振电流方向信号为0。 
如图2所示，所述的可变延时模块6在谐振电流方向信号改变时开始计时，计满溢出后向触发器7输出触发信号，从计时开始到计时结束的时间长度由外部设定。所述的触发器7接收到可变延时模块6的触发信号，且功率开关管2当前输出的电压方向与谐振电流的方向相同时，触发器7翻转，断开当前处于接通状态的开关管，接通当前处于断开状态的开关管。 
如图2、3所示，所述的过零检测模块5读取由谐振回路3输出的谐振电流的方向信号，当谐振电流方向信号由0变为1时，周期测量模块8从0开始计时；当谐振电流方向信号再次由0变为1时，周期测量模块8输出累计周期时间至限时模块9并清零，返回过零检测模块5重新读取由谐振回路3输出的谐振电流的方向信号。 
如图2、4所示，所述的环路控制模块根据负载4输出的反馈电压信号，计算可变延时时间并将该可变延时时间输出至限时模块9，所述的限时模块9读取周期测量模块8输出的周期时间，并读取环路控制模块输出的可变延时时间，将周期时间的一半与可变延时时间比较，限时模块9将二者中的较小者输出至可变延时模块6。保证了限时后延时时间小于谐振回路振荡周期的一半，可变延时结束总是先于谐振电流方向的改变，以避免可变延时模块反复复位。本发明对于各种参数的谐振回路元件都能自行适应，保证电路持续运行可靠。 

Claims (7)

1.一种谐振桥式功率变换器的控制装置，其特征在于：控制装置的信号输入端分别接谐振回路和负载的信号输出端，控制装置的信号输出端输出控制信号至功率开关管，功率开关管的输入端接直流电压源，用于将直流电压转换为高频方波电压的功率开关管、用于传输高频电压并产生接近正弦波电流的谐振回路和负载串联，用于检测电压、电流波形的控制装置内部设有周期测量模块和限时模块；所述的控制装置还包括过零检测模块，过零检测模块的输入端与谐振回路的信号输出端相连，过零检测模块的输出端分别与触发器、可变延时模块和周期测量模块的输入端连接，周期测量模块的输出端与限时模块的输入端连接，限时模块的输出端与可变延时模块的输入端连接，可变延时模块的输出端接触发器的输入端，触发器输出开关控制信号至功率开关管，限时模块的信号输入端与环路调节模块的信号输出端连接，负载向环路调节模块输出反馈信号。
2.一种如权利要求1所述的谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，包括功率开关管将直流电压转换为高频方波电压输出至谐振回路，高频电压经谐振回路传输至负载，负载输出反馈电压信号至控制装置，谐振回路输出反馈电流信号至控制装置，控制装置内的周期测量模块测量谐振回路输出的谐振电流方向信号变化的周期，并用限时模块限制延时时间。
3.根据权利要求2所述的谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，其特征在于：所述的控制装置还包括过零检测模块，过零检测模块的输入端与谐振回路的信号输出端相连，过零检测模块的输出端分别与触发器、可变延时模块和周期测量模块的输入端连接，周期测量模块的输出端与限时模块的输入端连接，限时模块的输出端与可变延时模块的输入端连接，可变延时模块的输出端接触发器的输入端，触发器输出开关控制信号至功率开关管，限时模块的信号输入端与环路调节模块的信号输出端连接，负载向环路调节模块输出反馈信号。
4.根据权利要求3所述的谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，其特征在于：所述的过零检测模块读取由谐振回路输出的谐振电流的方向信号，当谐振电流的方向为正时，过零检测模块输出的谐振电流方向信号为1；反之，当谐振电流的方向为负时，过零检测模块输出的谐振电流方向信号为0。
5.根据权利要求3所述的谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，其特征在于：所述的可变延时模块在谐振电流方向信号改变时开始计时，计满溢出后向触发器输出触发信号，所述的触发器接收到可变延时模块的触发信号，且功率开关管当前输出的电压方向与谐振电流的方向相同时，触发器翻转，断开当前处于接通状态的开关管，接通当前处于断开状态的开关管。
6.根据权利要求4所述的谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，其特征在于：所述的过零检测模块读取由谐振回路输出的谐振电流的方向信号，当谐振电流方向信号由0变为1时，周期测量模块从0开始计时；当谐振电流方向信号再次由0变为1时，周期测量模块输出累计周期时间至限时模块并清零，返回过零检测模块重新读取由谐振回路输出的谐振电流的方向信号。
7.根据权利要求3所述的谐振桥式功率变换器的控制装置的控制方法，其特征在于：所述的环路调节模块根据负载输出的反馈电压信号，计算可变延时时间并将该可变延时时间输出至限时模块，所述的限时模块读取周期测量模块输出的周期时间，并读取环路调节模块输出的可变延时时间，将周期时间的一半与可变延时时间比较，限时模块将二者中的较小者输出至可变延时模块。
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