CN105978123B - 一种移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统 - Google Patents

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Abstract

一种移相全桥式车载充电机死区时间动态调节系统，包括输入整流滤波模块、移相全桥主功率模块、输入电压采样模块、输出电流采样模块、栅驱动模块、STM32单片机控制模块。STM32单片机通过其内部的ADC将输入电压采样模块和输出负载电流采样模块得到的采样信息传递给CPU，CPU利用此采样信息与预先设定的参考值进行比较，判断出该车载充电机处于何种工作状态，根据不同的工作状态，分别对控制芯片内部的定时器进行不同的配置，使得移相全桥变换器滞后桥臂的死区时间能够根据负载状态进行动态调节。本发明在车载充电机的整个充电过程中均能够实现零电压开关，降低了开关管的开关损耗，提高了系统的整体效率。

Description

一种移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统
技术领域
本发明涉及基于移相全桥拓扑的车载充电机，尤其涉及一种移相全桥式车载充电机的死区时间动态调节系统，可以使移相全桥变换器在车载充电机的各个工作状态均能够实现零电压开关，提高了系统全负载条件下的效率。
背景技术
为了缓解日益严重的能源危机和环境污染问题，以电动汽车为代表的新能源汽车行业应运而生。电池及其充电系统是电动汽车系统中不可缺少的组成部分，然而，充电技术发展缓慢，成为了当今限制电动汽车行业发展的核心技术瓶颈之一，尤其是作为它的充电设备的车载充电机还有许多地方有待优化。为了保证充电速度并考虑其应用环境，车载充电机的输出功率一般在千瓦级以上，在此功率等级的应用场合中，移相全桥变换器是目前应用最为广泛的电路拓扑。在轻载条件下滞后桥臂实现零电压开关比较困难是移相控制全桥变换器的主要问题。
死区时间是移相控制全桥变换器中极其重要的电路参数，合理地选择死区时间不仅是移相控制全桥变换器实现零电压开关的必要条件，而且还会影响系统的工作性能。众所周知，移相全桥变换器实现零电压开关的方法是在死区时间内利用储存在谐振电感中的能量为开关管的寄生电容进行充放电，同时开关管必须在原边电流反向之前开通。因此，死区时间必须满足一定的范围，过长或者过短均无法实现零电压开关，而且该范围与全桥变换器输出负载条件的变化有着密切的联系。在车载充电机应用中，移相全桥变换器需要工作在不同的状态，输出电压和输出电流变化的范围非常大。对于不同的工作状态，死区时间必须满足不同的范围，要想使移相全桥变换器在每个工作状态下均能够实现零电压开关，如果采用固定的死区时间，则该死区时间只能选择在不同工作状态下死区时间范围的交叠处。该交叠范围通常都很小甚至可能不存在，任何系统设计上的偏差和其它干扰都有可能使设置的固定死区时间偏离出交叠范围，从而使开关管可能无法实现零电压开关。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统，通过对死区时间的动态调节使滞后桥臂在轻载条件下也可以实现零电压开关，从而减小开关管的开关损耗，提高系统的整体效率，并且在提高轻载条件下效率的同时不会影响重载条件下的工作状态。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：一种移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统，包括输入整流滤波电路、移相全桥主功率电路、输出整流滤波电路，其特征在于：设置输入电压采样电路、输出电流采样电路、栅驱动电路和包括STM32单片机及外围电路的控制电路，STM32单片机内部设有ADC转换、CPU、定时器以及PWM信号产生单元，ADC转换单元包括对应于输入电压采样的ADC1转换单元和对应于输出电流采样的ADC0转换单元；输入整流滤波电路的输入端连接交流输入信号，输入整流滤波电路的输出连接移相全桥主功率电路，移相全桥主功率电路的输出连接输出整流滤波电路，输出整流滤波电路的输出连接蓄电池对蓄电池充电，输入电压采样电路的输入连接在输入整流滤波电路的输出端，输入电压采样电路的输出连接STM32单片机ADC1转换单元的输入端，输出电流采样电路的输入连接在移相全桥主功率电路的输出端，输出电流采样电路的输出连接STM32单片机ADC0转换单元的输入端，ADC0和ADC1转换单元将采样信息由模拟信号转换为数字信号传递给CPU，CPU根据采样信息利用软件算法将输入电压采样信息和输出电流采样信息分别与预先设定的参考值进行比较，判断出该车载充电机是处于恒流充电、恒压充电还是涓流充电工作状态，根据不同的工作状态，分别对STM32单片机内部的定时器进行不同的配置，得到不同的死区时间，经过PWM信号产生单元得到能够动态调节死区时间的四路PWM信号，这四路PWM信号经过栅驱动电路分别驱动移相全桥主功率电路中超前及滞后两个桥臂中的共四个开关管，使得移相全桥变换器滞后桥臂的死区时间能够根据负载状态进行动态调节。
所说输入电压采样电路包括分压电阻Rs1和Rs2、运算放大器U1、电阻R1、R2和R3，电阻Rs1和Rs2串联组成分压电路，电阻Rs1的一端连接输入整流滤波模块的输出电压Vin，电阻Rs1的另一端串联电阻Rs2后接地，电阻R1的一端连接电阻Rs1的另一端，电阻R1的另一端连接运算放大器U1的负输入端及电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的正输入端通过电阻R3接地，运算放大器U1的输出信号连接STM32单片机的ADC1转换单元；
所说输出电流采样电路包括采样电阻Rs、运算放大器U2、电阻R4、R5和R6，采样电阻Rs一端连接输出整流滤波电路的输出端，采样电阻Rs另一端连接电阻R4的一端，电阻R4另一端连接运算放大器U2的负输入端及电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器U2的输出端，接运算放大器U2的正输入端通过电阻R6接地，运算放大器U2的输出信号连接STM32单片机的ADC0转换单元；
所说栅驱动电路包括超前桥臂驱动电路和滞后桥臂驱动电路两部分，两部分驱动电路的结构完全相同，包括MOS管栅驱动芯片IR4427、隔离变压器Tr、驱动电阻Rdri1和Rdri2、电阻R7、R8、双向稳压二极管D1和D2，驱动芯片IR4427的INA和INB两个引脚分别连接STM32单片机驱动同一桥臂的两个GPIO端口，隔离变压器Tr包括一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的两端分别连接芯片IR4427的OUTA和OUTB引脚，第一副边绕组的同名端连接驱动电阻Rdri1的一端，第一副边绕组的另一端连接同一桥臂中的下开关管漏极，驱动电阻Rdri1的另一端连接同一桥臂中的上开关管栅极，第二副边绕组的同名端接地，第二副边绕组的另一端连接驱动电阻Rdri2的一端，驱动电阻Rdri2的另一端连接同一桥臂中的下开关管栅极，电阻R7和R8分别连接在同一桥臂中上下两个开关管的栅极和源极之间，双向稳压二极管D1与电阻R7并联，双向稳压二级管D2与电阻R8并联。
上述系统中还设有输出继电器和蓄电池防反接检测电路，输出继电器连接于输出整流滤波电路与蓄电池之间，蓄电池输入端经过蓄电池防反接检测电路连接至STM32单片机，STM32单片机的GPIO端口输出控制信号至输出继电器；蓄电池防反接检测电路包括二极管D6、电容C7、稳压二极管D7以及电阻R10和R11，蓄电池的输入端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端与STM32单片机的输入端口、电容C7的一端、稳压二极管D7的阴极、以及电阻R11的一端连接在一起，STM32单片机的GPIO端口输出经过由NPN型三极管TP1、电容C4和二极管D3构成的控制电路输出给继电器，STM32单片机的GPIO端口连接电容C4的一端和NPN型三极管TP1的基极，NPN型三极管TP1的发射极连接电容C4的另一端并接地，NPN型三极管TP1的集电极连接二极管D3的阳极并连接输出继电器的一个控制端，二极管D3的阴极连接输出继电器的另一个控制端。
死区时间的动态调节系统的工作流程如下：
(1)全局变量的初始化以及外设配置，包括反馈信号、保护值、标志位和计数值等数据，根据要求分别完成STM32单片机定时器、GPIO、ADC的配置与初始化；
(2)禁用定时器，进行电池防反接判断和输出继电器控制，执行自检程序，检测是否有过压、过流或者欠压等情况，如果正常则使能PWM输出，进入PWM控制主程序，车载充电机开始给蓄电池充电；
(3)输入电压采样电路将得到的输入电压值Vin经STM32单片机内部的ADC1传递给CPU，输出电流采样电路将得到的输出负载电流值Io经STM32单片机内部的ADC0传递给CPU；
(4)CPU利用采样得到的输出负载电流与预先设定的参考值进行比较，判断出车载充电机的工作状态并根据Io和Vin对单片机内部的定时器进行不同配置，从而得到不同的死区时间：
1)如果Io＞I1，则处于恒流充电阶段，死区时间设置为td1；
2)如果I2＜Io＜I1，则处于恒压充电阶段一，死区时间设置为td2；
3)如果I3＜Io＜I2，则处于恒压充电阶段二，死区时间设置为td3；
4)如果Io＜I3，则处于涓流充电阶段，死区时间设置为td4；
其中I1、I2和I3均为根据充电策略预先设定的参考值，I1为恒流充电的恒流点，I2为恒压充电某个时刻的输出电流，I3为涓流充电的恒流点。
为了减小误差，对输入电压和输出电流的采样可连续采样八次得到Io和Vin的平均值。
本发明的优点及显著效果：
(1)本发明在车载充电机的整个充电过程中均能够实现零电压开关，降低了开关管的开关损耗，提高了系统的整体效率。
(2)本发明通过软件的方式实现死区时间的动态调节，电路结构简单，具有较高的可靠性。
(3)本发明采用单片机作为主控芯片，能够非常容易地实现车载充电机所需的控制信号和动态死区时间调节，成本较低。
附图说明
图1是本发明系统结构框图；
图2是本发明死区时间动态调节的流程框图；
图3是输入电压检测电路；
图4是输出负载电流检测电路；
图5是栅驱动电路与移相全桥主功率电路的连接图；
图6是输出继电器和蓄电池防反接检测电路；
图7是本发明的主函数的执行流程；
图8是本发明死区时间动态调节算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细描述。
参看图1、2，本发明系统包括输入整流滤波电路、移相全桥主功率电路、输出整流滤波电路，其特征在于：设置输入电压采样电路、输出电流采样电路、栅驱动电路和包括STM32单片机及外围电路的控制电路，STM32单片机内部设有ADC转换、CPU、定时器以及PWM信号产生单元，ADC转换单元包括对应于输入电压采样的ADC1转换单元和对应于输出电流采样的ADC0转换单元；输入整流滤波电路的输入端连接交流输入信号，输入整流滤波电路的输出连接移相全桥主功率电路，移相全桥主功率电路的输出连接输出整流滤波电路，输出整流滤波电路的输出连接蓄电池对蓄电池充电，输入电压采样电路的输入连接在输入整流滤波电路的输出端，输入电压采样电路的输出连接STM32单片机ADC1转换单元的输入端，输出电流采样电路的输入连接在移相全桥主功率电路的输出端，输出电流采样电路的输出连接STM32单片机ADC0转换单元的输入端，ADC0和ADC1转换单元将采样信息由模拟信号转换为数字信号传递给CPU，CPU根据采样信息利用软件算法将输入电压采样信息和输出电流采样信息分别与预先设定的参考值进行比较，判断出该车载充电机是处于恒流充电、恒压充电还是涓流充电工作状态，根据不同的工作状态，分别对STM32单片机内部的定时器进行不同的配置，得到不同的死区时间，经过PWM信号产生单元得到能够动态调节死区时间的四路PWM信号，这四路PWM信号经过栅驱动电路分别驱动移相全桥主功率电路中超前及滞后两个桥臂中的共四个开关管Q1～Q4，使得移相全桥变换器滞后桥臂的死区时间能够根据负载状态进行动态调节。
如图3所示，输入电压采样电路包括两个分压电阻Rs1与Rs2、运算放大器U1、电阻R1、R2和R3，Rs1和Rs2串联组成分压电路，R1串联在U1的负极输入端，R2连接在U1的负极输入与输出之间，R3串联在U1的正极输入端，U1的输出端连接ADC1的输入。
如图4所示，输出电流采样电路包括采样电阻Rs、运算放大器U2、电阻R4、R5和R6，采样电阻Rs一端串联在输出整流滤波电路的输出端，另一端连接电阻R4，R4连接U2的负极输入端，R5连接在U2的负极输入端与输出端之间，R6连接在U2的正极输入端，U2的输出端连接ADC2的输入。
如图5所示，栅驱动电路包括MOS管栅驱动芯片IR4427、隔离变压器Tr、驱动电阻Rdri1和Rdri2、电阻R7、R8、双向稳压二极管D1和D2，驱动芯片IR4427的INA和INB两个引脚分别连接STM32驱动超前桥臂的两个GPIO口，隔离变压器Tr由一个原边绕组和两个副边绕组组成，原边绕组的两端分别连接IR4427的OUTA和OUTB引脚，第一副边绕组的同名端连接驱动电阻Rdri1，另一端连接超前桥臂下面开关管的漏极，第二副边绕组的同名端接地，另一端连接驱动电阻Rdri2，电阻R7和R8分别连接超前桥臂两个开关管的栅极和源极之间，双向稳压二极管D1与电阻R7并联，双向稳压二级管D2与电阻R8并联。图中只给出了超前桥臂的驱动电路与开关管的连接电路。滞后桥臂的驱动电路与之相同，图中未画出。
参看图6，本发明系统中还设有输出继电器和蓄电池防反接检测电路，输出继电器连接于输出整流滤波电路与蓄电池之间，蓄电池输入端经过蓄电池防反接检测电路连接至STM32单片机，STM32单片机的GPIO端口输出控制信号至输出继电器；蓄电池防反接检测电路包括二极管D6、电容C7、稳压二极管D7以及电阻R10和R11，蓄电池的输入端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端与STM32单片机的输入端口、电容C7的一端、稳压二极管D7的阴极、以及电阻R11的一端连接在一起，STM32单片机的GPIO端口输出经过由NPN型三极管TP1、电容C4和二极管D3构成的控制电路输出给继电器，STM32单片机的GPIO端口连接电容C4的一端和NPN型三极管TP1的基极，NPN型三极管TP1的发射极连接电容C4的另一端并接地，NPN型三极管TP1的集电极连接二极管D3的阳极并连接输出继电器的一个控制端，二极管D3的阴极连接输出继电器的另一个控制端。
参看图7、8，由于本发明采用STM32单片机实现数字控制车载充电机的各种功能和动态死区时间调节，整个充电过程就是主函数完整运行一次。上电开始，首先要对全局变量进行初始化，包括反馈信号、保护纸、标志位、计数值等变量，同时还要对相关外设进行配置，为防止出现误动作，要关闭PWM输出；其次要检测蓄电池是否反接，控制输出继电器打开；然后车载充电机执行自检程序，检查是否存在故障；一切正常以后使能PWM输出，开始进入PWM控制主程序。死区时间的动态调节是在主程序内完成，其算法流程如图8所示，由于车载充电机在整个充电过程中存在恒流充电、恒压充电和涓流充电三种不同的充电状态，根据充电策略预先设定恒流充电和涓流充电的恒流点I1和I3，以及恒压充电某个时刻的输出电流I2。CPU利用采样得到的输出负载电流与预先设定的参考值进行比较，判断出车载充电机的工作状态并根据Io和Vin对单片机内部的定时器进行不同配置，从而得到不同的死区时间td1、td2、td3和td4。
本发明移相全桥变换器滞后桥臂的死区时间可以根据负载状态实现动态调节，能够在不同充电阶段均实现零电压开关，提高了系统整体效率。本发明利用软件算法既实现了移相全桥式车载充电机的各种控制功能，同时还实现了滞后桥臂死区时间的动态调节，电路简单可靠，成本较低。

Claims (4)

1.一种移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统，包括输入整流滤波电路、移相全桥主功率电路、输出整流滤波电路，其特征在于：设置输入电压采样电路、输出电流采样电路、栅驱动电路和包括STM32单片机及外围电路的控制电路，STM32单片机内部设有ADC转换、CPU、定时器以及PWM信号产生单元，ADC转换单元包括对应于输入电压采样的ADC1转换单元和对应于输出电流采样的ADC0转换单元；输入整流滤波电路的输入端连接交流输入信号，输入整流滤波电路的输出连接移相全桥主功率电路，移相全桥主功率电路的输出连接输出整流滤波电路，输出整流滤波电路的输出连接蓄电池对蓄电池充电，输入电压采样电路的输入连接在输入整流滤波电路的输出端，输入电压采样电路的输出连接STM32单片机ADC1转换单元的输入端，输出电流采样电路的输入连接在移相全桥主功率电路的输出端，输出电流采样电路的输出连接STM32单片机ADC0转换单元的输入端，ADC0和ADC1转换单元将采样信息由模拟信号转换为数字信号传递给CPU，CPU根据采样信息利用软件算法将输入电压采样信息和输出电流采样信息分别与预先设定的参考值进行比较，判断出该车载充电机是处于恒流充电、恒压充电还是涓流充电工作状态，根据不同的工作状态，分别对STM32单片机内部的定时器进行不同的配置，得到不同的死区时间，经过PWM信号产生单元得到能够动态调节死区时间的四路PWM信号，这四路PWM信号经过栅驱动电路分别驱动移相全桥主功率电路中超前及滞后两个桥臂中的共四个开关管，使得移相全桥变换器滞后桥臂的死区时间能够根据负载状态进行动态调节；
输入电压采样电路包括分压电阻Rs1和Rs2、运算放大器U1、电阻R1、R2和R3，电阻Rs1和Rs2串联组成分压电路，电阻Rs1的一端连接输入整流滤波电路的输出电压Vin，电阻Rs1的另一端串联电阻Rs2后接地，电阻R1的一端连接电阻Rs1的另一端，电阻R1的另一端连接运算放大器U1的负输入端及电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的正输入端通过电阻R3接地，运算放大器U1的输出信号连接STM32单片机的ADC1转换单元；
输出电流采样电路包括采样电阻Rs、运算放大器U2、电阻R4、R5和R6，采样电阻Rs一端连接输出整流滤波电路的输出端，采样电阻Rs另一端连接电阻R4的一端，电阻R4另一端连接运算放大器U2的负输入端及电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的正输入端通过电阻R6接地，运算放大器U2的输出信号连接STM32单片机的ADC0转换单元；
栅驱动电路包括超前桥臂驱动电路和滞后桥臂驱动电路两部分，两部分驱动电路的结构完全相同，包括MOS管栅驱动芯片IR4427、隔离变压器Tr、驱动电阻Rdril和Rdri2、电阻R7、R8、双向稳压二极管D1和D2，驱动芯片IR4427的INA和INB两个引脚分别连接STM32单片机驱动同一桥臂的两个GPIO端口，隔离变压器Tr包括一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的两端分别连接芯片IR4427的OUTA和OUTB引脚，第一副边绕组的同名端连接驱动电阻Rdri1的一端，第一副边绕组的另一端连接同一桥臂中的下开关管漏极，驱动电阻Rdri1的另一端连接同一桥臂中的上开关管栅极，第二副边绕组的同名端接地，第二副边绕组的另一端连接驱动电阻Rdri2的一端，驱动电阻Rdri2的另一端连接同一桥臂中的下开关管栅极，电阻R7和R8分别连接在同一桥臂中上下两个开关管的栅极和源极之间，双向稳压二极管D1与电阻R7并联，双向稳压二极管D2与电阻R8并联。
2.根据权利要求1所述的移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统，其特征在于：还设有输出继电器和蓄电池防反接检测电路，输出继电器连接于输出整流滤波电路与蓄电池之间，蓄电池输入端经过蓄电池防反接检测电路连接至STM32单片机，STM32单片机的GPIO端口输出控制信号至输出继电器；蓄电池防反接检测电路包括二极管D6、电容C7、稳压二极管D7以及电阻R10和R11，蓄电池的输入端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端与STM32单片机的输入端口、电容C7的一端、稳压二极管D7的阴极、以及电阻R11的一端连接在一起，电容C7的另一端、稳压二极管D7的阳极、以及电阻R11的另一端均接地，STM32单片机的GPIO端口输出经过由NPN型三极管TP1、电容C4和二极管D3构成的控制电路输出给继电器，STM32单片机的GPIO端口连接电容C4的一端和NPN型三极管TP1的基极，NPN型三极管TP1的发射极连接电容C4的另一端并接地，NPN型三极管TP1的集电极连接二极管D3的阳极并连接输出继电器的一个控制端，二极管D3的阴极连接输出继电器的另一个控制端。
3.根据权利要求1或2所述的移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统，其特征在于：死区时间的动态调节系统的工作流程如下：
(1)全局变量的初始化以及外设配置，包括反馈信号、保护值、标志位和计数值数据，根据要求分别完成STM32单片机定时器、GPIO、ADC的配置与初始化；
(2)禁用定时器，进行电池防反接判断和输出继电器控制，执行自检程序，检测是否有过压、过流或者欠压情况，如果正常则使能PWM输出，进入PWM控制主程序，车载充电机开始给蓄电池充电；
(3)输入电压采样电路将得到的输入电压值Vin经STM32单片机内部的ADC1传递给CPU，输出电流采样电路将得到的输出负载电流值Io经STM32单片机内部的ADC0传递给CPU；
(4)CPU利用采样得到的输出负载电流与预先设定的参考值进行比较，判断出车载充电机的工作状态并根据Io和Vin对单片机内部的定时器进行不同配置，从而得到不同的死区时间：
1)如果Io＞I1，则处于恒流充电阶段，死区时间设置为td1；
2)如果I2＜Io＜I1，则处于恒压充电阶段一，死区时间设置为td2；
3)如果I3＜Io＜I2，则处于恒压充电阶段二，死区时间设置为td3；
4)如果Io＜I3，则处于涓流充电阶段，死区时间设置为td4；
其中I1、I2和I3均为根据充电策略预先设定的参考值，I1为恒流充电的恒流点，I2为恒压充电某个时刻的输出电流，I3为涓流充电的恒流点。
4.根据权利要求3所述的移相全桥式车载充电机死区时间的动态调节系统，其特征在于：为了减小误差，对输入电压和输出电流的采样连续采样八次得到Io和Vin的平均值。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106828164B (zh) * 2017-02-21 2018-01-02 天津大学 一种电动汽车充电机控制系统及控制方法
CN107147170A (zh) * 2017-06-02 2017-09-08 江苏万邦微电子有限公司 一种电源管理系统以及方法
CN107707125A (zh) * 2017-10-20 2018-02-16 四川莱福德科技有限公司 驱动电路和桥式谐振电路
CN107947145B (zh) * 2017-12-13 2019-05-28 郑州云海信息技术有限公司 一种带电池电源模块的防电池反接电路
CN110277919A (zh) * 2018-03-15 2019-09-24 联合汽车电子有限公司 一种实时修正dc/dc变换器在软开关下的死区时间的方法
CN108306400A (zh) * 2018-03-22 2018-07-20 广州云阳电子科技有限公司 一种可检测过放保护电池组连接并自动启动充电的智能充电器及其实现方法
CN109217444A (zh) * 2018-10-23 2019-01-15 安布雷拉扬州新能源科技有限公司 一种车载充电机
CN109900519A (zh) * 2019-03-20 2019-06-18 中国地质科学院地质研究所 一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器
CN112910268B (zh) * 2021-02-08 2022-04-12 昱能科技股份有限公司 一种开关管的控制方法、装置及直流变换器
CN113131577A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 北京鼎汉技术集团股份有限公司 一种列车充电控制方法及列车充电控制装置
CN113503392B (zh) * 2021-06-28 2023-03-21 江苏汇智高端工程机械创新中心有限公司 一种全桥式比例电磁阀驱动装置及控制方法
CN113690983B (zh) * 2021-08-26 2024-01-23 长春捷翼汽车科技股份有限公司 死区时间确定方法、充电驱动电路、装置、设备及介质
CN113676046B (zh) * 2021-08-31 2023-01-10 深圳市雅晶源科技有限公司 一种氮化镓快充电源的功率保护电路
CN116566206B (zh) * 2023-07-07 2023-10-03 合肥安赛思半导体有限公司 一种功率调整器的移相控制方法和系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104578341A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 东南大学 一种基于移相全桥电路死区时间可调的车载充电机
CN104901541A (zh) * 2015-06-03 2015-09-09 东南大学 一种开关电源功率管驱动的死区时间自适应控制电路及其方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8665611B2 (en) * 2010-04-30 2014-03-04 Infineon Technologies Ag Controller for a resonant switched-mode power converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104578341A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 东南大学 一种基于移相全桥电路死区时间可调的车载充电机
CN104901541A (zh) * 2015-06-03 2015-09-09 东南大学 一种开关电源功率管驱动的死区时间自适应控制电路及其方法

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