CN105375779B - 串联谐振电源零电流检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联谐振电源零电流检测系统，属于功率电子技术领域，系统包括电流取样电路、基准电压源、电压比较器和关断脉冲形成电路，所述电流取样电路连接在串联谐振电源的逆变开关直流母线输入端，电流取样电路中设有电流传感器T1和反向二极管V1，电流传感器T1的输出端并联反向二极管V1，反向二极管V1的负极和基准电压源连接在电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接关断脉冲形成电路。本发明解决了现有技术中整流二极管压降导致失真、第二过零点需处理、电路复杂的问题，具有电路简单，不需要使用整流器件就可实现零电流检测功能的优点。

Description

串联谐振电源零电流检测系统
技术领域
本发明属于功率电子技术领域，涉及串联谐振开关电源中谐振零电流状态的检测方向，具体涉及一种串联谐振电源零电流检测系统。
背景技术
随着开关电源技术的不断发展以及大功率半导体器件的小型化与高频化，高频开关电源已应用到各行各业。其中工作于电流断续模式串联谐振拓扑结构的开关电源因其有近似恒流源的特性，本身具备抵抗负载短路的能力，被广泛应用于电容器充电电源和高压静电除尘领域。理想电流断续模式串联谐振拓扑自身的特性使开关管工作于零电流开通、零电压/零电流关断状态。然而，实际装置中的串联谐振电源零电流关断却是一个难题，因为负载变化、温升、变压器分布电容等因素的影响，谐振频率不是一个定值，而是在一定范围内漂移，使得开关管无法实现零电流关断，进而形成较大尖峰，形成强电磁干扰，这样会使开关损耗加大，甚至元器件爆毁。
对此，传统对策为：一、通过不断地改变谐振参数进行调试，直至找到合适的谐振参数，但增加了调试周期，造成成本上升；二、选择额定电流更大的开关器件，以“忽略”此影响，实际上损耗和干扰仍然存在，而器件成本上升；
因此提出了检测电流过零点并采取手段在此时将开关管关断的做法。而在现有的零电流检测方法中，都是用电流传感器将谐振回路中(高频变压器初级回路)的谐振电流取样出来，先用整流桥取其绝对值，再采用比较器取出过零信号后，进行一系列处理，形成关断脉冲作用于开关管驱动信号，见图1(参考电气自动化《电除尘高频电源谐振电流过零信号的检测设计》一文和专利CN104578721A等)。
这些方法存在的问题为：1、采用整流桥处理谐振电流取样，因为整流二极管压降的存在，实际取得的谐振电流绝对值信号在零点附近实际已经有所失真，过零点取出并不准确，且信号幅度越小失真影响越大。2、取出的过零信号中，存在开关管续流二极管电流的第二过零点，如图2，如果将其直接用于处理开关管驱动信号，此第二过零点会影响接下来另一组驱动信号的开始时间，导致驱动频率无法提高，降低工作比，因此需要进行二次处理(将延时的驱动信号再和此信号相与)，去掉其第二过零点，保留有效过零信号，此信号前沿才可用于关断脉冲形成电路(一般为前沿同步、后沿延时电路)。这样无疑增加元件数量使电路更加复杂，降低了整体可靠性。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种串联谐振电源零电流检测系统，通过改变电流传感器取样的位置，取出的电流信号只需要进行简单的处理，即可轻松得到有效的关断脉冲触发沿，形成关断脉冲实现零电流关断，解决了现有技术中整流二极管压降导致失真、第二过零点需处理、电路复杂的问题，具有电路简单，不需要使用整流器件就可实现零电流检测功能的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种串联谐振电源零电流检测系统，所述串联谐振电源零电流检测系统包括电流取样电路、基准电压源、电压比较器和关断脉冲形成电路，所述电流取样电路连接在串联谐振电源的逆变开关直流母线输入端，电流取样电路中设有电流传感器T1和反向二极管V1，电流传感器T1的输出端并联反向二极管V1，反向二极管V1的负极和基准电压源连接在电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接关断脉冲形成电路。
上述系统中，所述电流取样电路中还包括取样电阻R1，电流传感器T1的输出端并联取样电阻R1和反向二极管V1后连接到电压比较器的反向或同向输入端。所述关断脉冲形成电路包括上拉电阻R2、单稳态触发器和外接时间调整电路，电压比较器的输出端经上拉电阻R2连接到单稳态触发器的上升或下降沿检测端，单稳态触发器输出有效的关断脉冲。所述外接时间调整电路中包括外接时间常数调整器件电容C1和电阻R3，电阻R3连接在单稳态触发器的输入端，电容C1连接在电阻R3所在的单稳态触发器的两个输入端之间。所述电流传感器是霍尔电流传感器或电流互感器。所述关断脉冲形成电路是前沿同步电路或后沿延时电路，后沿延时电路采用单稳态触发器或其他形式。所述串联谐振电源包括谐振电路、逆变器开关、IGBT电路、滤波电路、高频电源变压器和整流电路，谐振电路、逆变器开关、IGBT电路、滤波电路、高频电源变压器和整流电路依次连接，电流取样电路连接在逆变开关的母线输入端。
本发明有益效果是:本发明通过改变惯用的谐振电流取样位置，在不同对角开关管开通时，流过电流传感器的电流不会改变流向，取出的波形无需再使用整流桥处理，直接去除反向波形即得到只有通过IGBT的电流波形，将其与电压基准比较后得到方波对应的沿准确对应IGBT电流各过零点，可直接用于关断脉冲的形成。本发明大幅简化了电路，降低了成本；因为电流简单，降低了故障率，提高了整体可靠性；克服现有方法中谐振电流取样失真的问题，提高了取样和检测的准确性。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的现有技术中的零电流检测方法。
图2是本发明的具体实施方式的现有技术中零电流检测方法的各处波形示意图。
图3是本发明的具体实施方式的串联谐振电源零电流检测系统的电流取样位置示意框图。
图4是本发明的具体实施方式的串联谐振电源零电流检测系统的一种电路实现示例示意图。
图5是本发明的具体实施方式的串联谐振电源零电流检测系统的各处波形示意图。
图中1为电压比较起，2为单稳态触发器。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明通过改变惯用的谐振电流取样位置，在不同对角开关管开通时，流过电流传感器的电流不会改变流向，取出的波形无需再使用整流桥处理，直接去除反向波形即得到只有通过IGBT的电流波形，将其与电压基准比较后得到方波对应的沿准确对应IGBT电流各过零点，可直接用于关断脉冲的形成。
一种串联谐振电源零电流检测系统，如图3所示，本发明中电流取样电路放置于串联谐振电源逆变开关管的直流母线正输入处(负端也可)，串联谐振电源包括谐振电路、逆变器开关、IGBT电路、滤波电路、高频电源变压器和整流电路，谐振电路、逆变器开关、IGBT电路、滤波电路、高频电源变压器和整流电路依次连接，电流取样电路连接在逆变开关的母线输入端。电流取样电路中的电流传感器T1输出信号并联反向二极管后，与基准电压源的电压基准信号一起输入到电压比较器，电压比较器输出连接到关断脉冲形成电路即可。
串联谐振电源零电流检测系统的一种具体电路实现形式示例见图4，串联谐振电源零电流检测系统包括电流取样电路、基准电压源、电压比较器1和关断脉冲形成电路，电流取样电路连接在串联谐振电源的逆变开关直流母线输入端，电流取样电路中设有电流传感器T1和反向二极管V1，电流传感器T1的输出端并联反向二极管V1，反向二极管V1的负极和基准电压源连接在电压比较器1的输入端，电压比较器1的输出端连接关断脉冲形成电路。
电流传感器是霍尔电流传感器或电流互感器，电流取样电路中还包括取样电阻R1，电流传感器T1的输出端并联取样电阻R1和反向二极管V1后连接到电压比较器1的反向或同向输入端。
关断脉冲形成电路是前沿同步电路或后沿延时电路，后沿延时电路采用单稳态触发器或其他形式。关断脉冲形成电路包括上拉电阻R2、单稳态触发器2和外接时间调整电路，电压比较器的输出端经上拉电阻R2连接到单稳态触发器的上升或下降沿检测端，单稳态触发器2输出有效的关断脉冲。外接时间调整电路中包括电容C1和电阻R3，C1、R3为单稳态触发器2的外接时间常数调整器件，电阻R3连接在单稳态触发器的输入端，电容C1连接在电阻R3所在的单稳态触发器的两个输入端之间。单稳态触发器2作为关断脉冲形成电路，其输出即为有效的关断脉冲。
如图5所示，电流传感器T1取出的电流取样波形不同于惯用位置的取样，开关管AD导通和开关管BC导通时，电流经过T1的方式一致，这时IGBT上电流均在正坐标，续流二极管电流均在负坐标。取样信号在并联反向二极管V1后，很方便的就可将负坐标上的波形去除，只剩下IGBT上的电流波形。将此波形和近似零点的电压基准用电压比较器1进行比较，输出的方波信号上升下降沿正好分别对应IGBT电流的上升和下降两个零点，非常方便后续电路的使用，不需经过其他处理，在此示例中，对应电流结束零点的为上升沿。
将上述方波信号送入上升沿触发的单稳态触发器2，单稳态触发器2起到前沿同步、后沿延时的作用，其输出即可作为驱动信号的关断脉冲。在此例中，如需调节关断脉冲的宽度，只要改变触发器2的外接时间常数调整电阻R3或调整电容C1即可。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种串联谐振电源零电流检测系统，其特征在于，所述串联谐振电源零电流检测系统包括电流取样电路、基准电压源、电压比较器和关断脉冲形成电路，所述电流取样电路连接在串联谐振电源的逆变开关直流母线输入端，电流取样电路中设有电流传感器T1和反向二极管V1，电流传感器T1的输出端并联反向二极管V1，反向二极管V1的负极和基准电压源连接在电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接关断脉冲形成电路；
所述电流取样电路中还包括取样电阻R1，电流传感器T1的输出端并联取样电阻R1和反向二极管V1后连接到电压比较器的反向或同向输入端；
所述关断脉冲形成电路包括上拉电阻R2、单稳态触发器和外接时间调整电路，电压比较器的输出端经上拉电阻R2连接到单稳态触发器的上升或下降沿检测端，单稳态触发器输出有效的关断脉冲；
所述外接时间调整电路中包括外接时间常数调整器件电容C1和电阻R3，电阻R3一端连接在单稳态触发器的2号引脚，电阻R3的另一端连接电源VCC，电容C1连接在单稳态触发器的1号引脚和2号引脚之间；
所述电流传感器是霍尔电流传感器或电流互感器。
2.根据权利要求1所述的串联谐振电源零电流检测系统，其特征在于，所述关断脉冲形成电路是前沿同步电路或后沿延时电路，后沿延时电路采用单稳态触发器。
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