CN106230249B - 一种ac/dc转换电路的控制方法及控制模块 - Google Patents

一种ac/dc转换电路的控制方法及控制模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AC/DC转换电路的控制方法及控制模块，在主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，检测AC/DC转换电路中的电感电流是否大于第一阈值：若否，则将主开关管的最大关断时间设置为T1；若是，则将主开关管的最大关断时间设置为T2；对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，当计数值达到N次，则AC/DC转换电路进入短路保护状态。本发明不仅可以保证较快的系统启动速度，而且确保系统短路时输出电流小，系统可靠性高，很好地解决了启动和短路的矛盾。

Description

一种AC/DC转换电路的控制方法及控制模块
技术领域
本发明属于AC/DC转换电路设计技术领域，具体涉及一种AC/DC转换电路的控制方法及控制模块。
背景技术
在单级交流输入、直流输出的AC/DC转换电路中，由于输入为电网电压，存在工频纹波，输出需要大电容来滤除该纹波，以得到直流电压或直流电流。
在系统(即AC/DC转换电路)启动时，输出电压为0，由于输出电容大，需要一定时间使输出电压上升到一定值。而系统的启动时间则越短越好，因此希望在启动时，输入给输出尽可能多的能量，即电路中主MOS管的占空比希望尽可能大。
而在系统输出短路时，输出电压也是接近0，为了减小短路时的输出电流，希望输入给输出尽可能少的能量，即主MOS管的占空比希望尽可能小。在启动时，输出电压需要上升到一定值，系统才可以通过采样输出电压来区分启动和短路，从而进行不同的处理。所以，在启动时当输出电压还未上升到一定值时，系统无法判断短路和启动，故短路保护和启动对系统的要求又是矛盾的。
现有的解决方法是当输出电压低于一定值时，以较小的占空比工作，一般设置主MOS管的关断时间为100us以上，保证系统在短路保护时，输出电流小于一定值。这样做法在启动时，输出电压上升到一定值之前，输出电压的上升非常慢，势必影响了启动的速度。
发明内容
基于上述，本发明提供了一种AC/DC转换电路的控制方法及控制模块，不仅可以保证较快的系统启动速度，而且确保系统短路时输出电流小，系统可靠性高，很好地解决了启动和短路的矛盾。
一种AC/DC转换电路的控制方法：在主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，检测AC/DC转换电路中的电感电流是否大于第一阈值：若否，则将主开关管的最大关断时间设置为T1(一般为几十us)；若是，则将主开关管的最大关断时间设置为T2(一般为几百us)；
对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，当计数值达到N次，则AC/DC转换电路进入短路保护状态；其中，T1和T2均为预设的时间值且T2＞T1，N为大于1的自然数。
进一步地，当电感电流为0时，或当AC/DC转换电路进入短路保护状态情况下或AC/DC转换电路输入掉电情况下，则将所述计数值清零。
进一步地，当主开关管的最大关断时间为T1时检测到电感电流为0，则将所述计数值清零。
进一步地，对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数的具体实现为：初始化所述的计数值为0，对于任一开关周期主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，若检测到AC/DC转换电路中的电感电流大于第一阈值，则将主开关管的最大关断时间设置为T2并将所述计数值加1。
所述的第一导通时间小于等于主开关管的最小导通时间。
所述的AC/DC转换电路可以为Buck型、Buck/Boost型或Flyback型等。
一种AC/DC转换电路的控制模块，包括：计时电路、电流检测电路、最大关断时间选择电路和计数器；
所述计时电路对主开关管的导通时间进行计时，在主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，所述电流检测电路检测AC/DC转换电路中的电感电流是否大于第一阈值：若否，则所述最大关断时间选择电路将主开关管的最大关断时间设置为T1；若是，则所述最大关断时间选择电路将主开关管的最大关断时间设置为T2；
所述计数器对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，当计数值达到N次，则AC/DC转换电路进入短路保护状态；其中，T1和T2均为预设的时间值且T2＞T1，N为大于1的自然数。
进一步地，所述AC/DC转换电路还包括过零检测电路；当所述过零检测电路检测到电感电流为0时，或当AC/DC转换电路进入短路保护状态情况下或AC/DC转换电路输入掉电情况下，则将所述计数值清零。
进一步地，当主开关管的最大关断时间为T1时，所述过零检测电路检测到电感电流为0，则将所述计数值清零。
进一步地，所述计数器对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，具体实现为：计数器初始化所述计数值为0，对于任一开关周期主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，若电流检测电路检测到AC/DC转换电路中的电感电流大于第一阈值，则最大关断时间选择电路将主开关管的最大关断时间设置为T2，计数器的计数值加1。
一种AC/DC转换电路，包括上述的控制模块。
基于上述技术方案，本发明不仅可以保证较快的系统启动速度，而且确保系统短路时输出电流小，系统可靠性高，很好地解决了启动和短路的矛盾。
附图说明
图1(a)为反激式AC/DC转换电路的结构示意图。
图1(b)为降压型AC/DC转换电路的结构示意图。
图2为主MOS管导通信号BON和电感电流的波形示意图。
图3(a)为本发明AC/DC转换电路控制方法的第一种实施流程示意图。
图3(b)对应为图3(a)实施流程的控制电路实现结构示意图。
图4(a)为本发明AC/DC转换电路控制方法的第二种实施流程示意图。
图4(b)对应为图4(a)实施流程的控制电路实现结构示意图。
图5(a)为本发明AC/DC转换电路控制方法的第三种实施流程示意图。
图5(b)对应为图5(a)实施流程的控制电路实现结构示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明AC/DC转换电路控制方法，在主MOS管导通时，在第一导通时间(该时间小于等于主MOS的最小导通时间)内，判断系统中的电感电流是否大于第一阈值，如果未大于该阈值，则将主MOS管最大关断时间设置为T1(该时间相对T2来说比较短，一般为几十us)；如果电感电流在第一导通时间内大于一定阈值，则将主MOS管的最大关断时间设置为T2(该时间相对T1来说比较长，一般为几百us)；对主MOS管最大关断时间为T2的次数进行计数，当计数值达到N次，则系统判断当前状态为短路状态，系统进入短路保护状态。本发明控制方法可适用于常用的单级AC/DC电路，如图1(a)所示的反激(FLYBACK)电路或如图1(b)所示的降压(BUCK)电路。
图2为当输出电压低(启动或短路)时主MOS管导通信号BON和电感电流的波形图。在BUCK和BUCK/BOOST电路中，电感电流下降的斜率与输出电压成正比；在FLYBACK电路中，电感电流下降的斜率与n*Vout成正比，其中n为变压器原副边的匝比，Vout为输出电压。
由于在启动时输出电压低，因此电感电流下降斜率小，电感电流此时无法下降到0，处于连续导通模式(CCM)。当主MOS管最大关断时间为T1时，由于电感电流下降斜率小，电感电流峰值越来越高；经过几个开关周期后，则可以达到第一导通时间内电感电流峰值大于一定阈值的条件，则最大关断时间调整为T2，由于T2时间远大于T1，电感电流可以降低到比较低的值，从而避免电感电流峰值过高。
如果是启动状态时，由于最大关断时间为T1的开关周期，从输入传输到输出的能量较多，输出电压可以迅速升高。输出电压升高后，则电感电流下降斜率变大，电感电流可以下降到0，可以进入正常的工作状态。如果是短路状态时，由于输出电压低，电感电流一直不能下降到0，因此对T2的计数一直不能被清零，当计数到N个后，则系统进入短路保护状态，进一步降低从输入到输出传输的能量，减小短路保护时的输出电流。
实施例1
如图3(a)所示，本实施例AC/DC转换电路控制方法流程为：在主MOS管导通时，在一定导通时间内，判断电感电流是否大于一定阈值，如果未大于该阈值，则将主MOS管最大关断时间设置为T1；如果电感电流在一定导通时间内大于一定阈值，则将主MOS管的最大关断时间设置为T2并使其次数加1；系统计数主MOS管最大关断时间为T2的次数，当电感电流到0，则清除对最大关断时间为T2的计数，否则不清零；当系统对最大关断时间为T2的计数达到N次后，则系统判断当前状态为短路状态，系统进入短路保护状态。
图3(b)所示了本实施方式的电路实现结构，其包括：计时电路U10、电流检测电路U11、最大关断时间选择电路U13、过零检测电路U14、计数器U19、与门U12、或门U15以及两个RS触发器U18和U21。在主MOS管导通一定导通时间时，计时电路U10输出为高，并且计时电路U10的输出连接到与门U12的一个输入端，电流检测电路U11检测电感电流，当电感电流大于一定值，则其输出为高，否则其输出为低，并且其输出连接到与门U12的另一个输入端和RS触发器U18的清零端R。当电流检测电路U11输出为高时，则RS触发器U18的输出端Q为0，RS触发器U18的输出端连接到主MOS管的栅极，即产生主MOS管的关断信号。当计时电路U10和电流检测电路U11的输出都为高，与门U12的输出也为高，否则与门U12的输出为低。与门U12的输出连接到RS触发器U21的设置端S，主MOS管驱动上升沿信号连接到RS触发器U21的清零端R，RS触发器U21的输出端Q连接到最大关断时间选择电路U13的输入端。主MOS管导通时，主MOS管驱动上升沿信号将RS触发器U21的输出清零；当与门U12的输出为高，则RS触发器U21的输出被置为高，否则一直保持在低电平。当最大关断时间选择电路U13的输入为高时，则最大关断时间为T2；当最大关断时间选择电路U13的输入为低时，则最大关断时间为T1。当主MOS管关断时间达到最大关断时间选择电路U13设置的最大关断时间时，最大关断时间选择电路U13输出为高，否则其输出为低。并且最大关断时间选择电路U13的输出端连接到或门U15的一个输入端。过零检测电路U14检测电感电流是否过零，当电感电流过零时，则其输出为高，否则其输出为低。过零检测电路U14的输出连接到或门U15的另一个输入端和计数器U19的输入端。当最大关断时间选择电路U13或过零检测电路U14的输出其中有一个为高，则或门U15的输出为高，或门U15的输出连接到RS触发器U18的设置端S，RS触发器U18的输出端Q为高，RS触发器U18的输出连接到主MOS管的栅极，即产生主MOS管的导通信号。当过零检测电路U14的输出为高，则计数器U19计数被清零，否则不清零，计数器U19累计主MOS管最大关断时间为T2的次数，当计数器U19的计数达到N次之后，则输出为高。计数器U19的输出连接到短路保护电路U20的输入端，当短路保护电路U20的输入为高时，短路保护电路U20则对系统进行短路保护，否则不进行短路保护。
实施例2
如图4(a)所示，本实施例AC/DC转换电路控制方法流程为：在主MOS管导通时，在一定导通时间内，判断电感电流是否大于一定阈值，如果未大于该阈值，则将主MOS管最大关断时间设置为T1；如果电感电流在一定导通时间内大于一定阈值，则将主MOS管的最大关断时间设置为T2并使其次数加1；当主MOS管最大关断时间设置为T1且电感电流下降到0，则清除对最大关断时间为T2的计数，否则不清零；当系统对最大关断时间为T2的计数达到N次后，则系统判断当前状态为短路状态，系统进入短路保护状态。
图4(b)所示了本实施方式的电路实现结构，其包括：计时电路U10、电流检测电路U11、最大关断时间选择电路U13、过零检测电路U14、计数器U19、两个与门U12和U17、或门U15、反相器U16以及两个RS触发器U18和U21。在主MOS管导通一定导通时间时，计时电路U10输出为高，并且计时电路U10的输出连接到与门U12的一个输入端，电流检测电路U11检测电感电流，当电感电流大于一定值，则其输出为高，否则其输出为低，并且其输出连接到与门U12的另一个输入端和RS触发器U18的清零端R。当电流检测电路U11输出为高时，则RS触发器U18的输出端Q为0，RS触发器U18的输出端连接到主MOS管的栅极，即产生主MOS管的关断信号。当计时电路U10和电流检测电路U11的输出都为高，与门U12的输出也为高，否则与门U12的输出为低。与门U12的输出连接到RS触发器U21的设置端S，主MOS管驱动上升沿信号连接到RS触发器U21的清零端R，RS触发器U21的输出端Q连接到最大关断时间选择电路U13的输入端。主MOS管导通时，主MOS管驱动上升沿信号将RS触发器U21的输出清零；当与门U12的输出为高，则RS触发器U21的输出被置为高，否则一直保持在低电平。当最大关断时间选择电路U13的输入为高时，则最大关断时间为T2；当最大关断时间选择电路U13的输入为低时，则最大关断时间为T1。当主MOS管关断时间达到最大关断时间选择电路U13设置的最大关断时间时，最大关断时间选择电路U13输出为高，否则其输出为低。并且最大关断时间选择电路U13的输出端连接到或门U15的一个输入端。过零检测电路U14检测电感电流是否过零，当电感电流过零时，则其输出为高，否则其输出为低。过零检测电路U14的输出连接到或门U15的另一个输入端和与门U17的一个输入端。当最大关断时间选择电路U13或过零检测电路U14的输出其中有一个为高，则或门U15的输出为高，或门U15的输出连接到RS触发器U18的设置端S，RS触发器U18的输出端Q为高，RS触发器U18的输出连接到主MOS管的栅极，即产生主MOS管的导通信号。RS触发器U21的输出经过反相器U16连接到与门U17的另一个输入端，与门U17的输出端连接到计数器U19的输入端，其产生计数器U19的清零信号的方式与实施例1有所不同。在一定导通时间内，系统电感电流未大于一定值，则与门U12的输出为低，则RS触发器U21的输出也一直为低，RS触发器U21的输出经过反相器U16后，反相器U16输出为高，并且电感电流过零，即过零检测电路U14的输出为高，则与门U17的输出为高，将计数器U19清零，否则不清零，计数器U19累计主MOS管最大关断时间为T2的次数。当计数器U19的计数达到N次之后，则输出为高。计数器U19的输出连接到短路保护电路U20的输入端，当短路保护电路U20的输入为高时，短路保护电路U20则对系统进行短路保护，否则不进行短路保护。
实施例3
如图5(a)所示，本实施例AC/DC转换电路控制方法流程为：在主MOS管导通时，在一定导通时间内，判断电感电流是否大于一定阈值，如果未大于该阈值，则将主MOS管最大关断时间设置为T1；如果电感电流在一定导通时间内大于一定阈值，则将主MOS管的最大关断时间设置为T2并使其次数加1；当系统对最大关断时间为T2的计数达到N次后，则系统判断当前状态为短路状态，系统进入短路保护状态；当系统进入短路保护状态或者输入掉电，则清除对最大关断时间为T2的计数。
图5(b)所示了本实施方式的电路实现结构，其包括：计时电路U10、电流检测电路U11、最大关断时间选择电路U13、过零检测电路U14、计数器U19、与门U12、或门U15以及两个RS触发器U18和U21。在主MOS管导通一定导通时间时，计时电路U10输出为高，并且计时电路U10的输出连接到与门U12的一个输入端，电流检测电路U11检测电感电流，当电感电流大于一定值，则其输出为高，否则其输出为低，并且其输出连接到与门U12的另一个输入端和RS触发器U18的清零端R。当电流检测电路U11输出为高时，则RS触发器U18的输出端Q为0，RS触发器U18的输出端连接到主MOS管的栅极，即产生主MOS管的关断信号。当计时电路U10和电流检测电路U11的输出都为高，与门U12的输出也为高，否则与门U12的输出为低。与门U12的输出连接到RS触发器U21的设置端S，主MOS管驱动上升沿信号连接到RS触发器U21的清零端R，RS触发器U21的输出端Q连接到最大关断时间选择电路U13的输入端。主MOS管导通时，主MOS管驱动上升沿信号将RS触发器U21的输出清零；当与门U12的输出为高，则RS触发器U21的输出被置为高，否则一直保持在低电平。当最大关断时间选择电路U13的输入为高时，则最大关断时间为T2；当最大关断时间选择电路U13的输入为低时，则最大关断时间为T1。当主MOS管关断时间达到最大关断时间选择电路U13设置的最大关断时间时，最大关断时间选择电路U13输出为高，否则其输出为低。并且最大关断时间选择电路U13的输出端连接到或门U15的一个输入端。过零检测电路U14检测电感电流是否过零，当电感电流过零时，则其输出为高，否则其输出为低。过零检测电路U14的输出连接到或门U15的另一个输入端。当最大关断时间选择电路U13或过零检测电路U14的输出其中有一个为高，则或门U15的输出为高，或门U15的输出连接到RS触发器U18的设置端S，RS触发器U18的输出端Q为高，RS触发器U18的输出连接到主MOS管的栅极，即产生主MOS管的导通信号。计数器U19的输入端与短路保护电路U20连接，即计数器U19的清零信号直接由短路保护电路U20产生，也就是当系统进入短路保护或者输入掉电(即系统断电重启)才对计数器U19计数进行清零，否则不清零，计数器U19累计主MOS管最大关断时间为T2的次数，当计数器U19的计数达到N次之后，则输出为高。计数器U19的输出连接到短路保护电路U20的输入端，当短路保护电路U20的输入为高时，短路保护电路U20则对系统进行短路保护，否则不进行短路保护。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种AC/DC转换电路的控制方法，其特征在于：在主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，检测AC/DC转换电路中的电感电流是否大于第一阈值：若否，则将主开关管的最大关断时间设置为T1；若是，则将主开关管的最大关断时间设置为T2；
对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，当计数值达到N次，则AC/DC转换电路进入短路保护状态；其中，T1和T2均为预设的时间值且T2＞T1，N为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当电感电流为0时，或当AC/DC转换电路进入短路保护状态情况下或AC/DC转换电路输入掉电情况下，则将所述计数值清零。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当主开关管的最大关断时间为T1时检测到电感电流为0，则将所述计数值清零。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数的具体实现为：初始化所述的计数值为0，对于任一开关周期主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，若检测到AC/DC转换电路中的电感电流大于第一阈值，则将主开关管的最大关断时间设置为T2并将所述计数值加1。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的第一导通时间小于等于主开关管的最小导通时间。
6.一种AC/DC转换电路的控制模块，其特征在于，包括：计时电路、电流检测电路、最大关断时间选择电路、过零检测电路和计数器；
所述计时电路对主开关管的导通时间进行计时，在主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，所述电流检测电路检测AC/DC转换电路中的电感电流是否大于第一阈值：若否，则所述最大关断时间选择电路将主开关管的最大关断时间设置为T1；若是，则所述最大关断时间选择电路将主开关管的最大关断时间设置为T2；
所述计数器对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，当计数值达到N次，则AC/DC转换电路进入短路保护状态；其中，T1和T2均为预设的时间值且T2＞T1，N为大于1的自然数；
当所述过零检测电路检测到电感电流为0时，或当AC/DC转换电路进入短路保护状态情况下或AC/DC转换电路输入掉电情况下，则将所述计数值清零；
所述计数器对主开关管最大关断时间为T2的次数进行计数，具体实现为：计数器初始化所述计数值为0，对于任一开关周期主开关管处于导通状态下的第一导通时间内，若电流检测电路检测到AC/DC转换电路中的电感电流大于第一阈值，则最大关断时间选择电路将主开关管的最大关断时间设置为T2，计数器的计数值加1。
7.根据权利要求6所述的控制模块，其特征在于：所述第一导通时间小于等于主开关管的最小导通时间。
8.一种AC/DC转换电路，其特征在于，包括如权利要求6所述的控制模块。
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