CN106230255B - 电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路 - Google Patents
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Abstract
电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，以利于按负载的实际需要进行双向功率传输而无需根据电流流向检测，包括接口控制电路，所述接口控制电路通过电压调整逻辑电路连接调制器控制电路，所述调制器控制电路与第一开关管、第二开关管以及电感组合形成功率调制电路，所述功率调制电路与所述接口控制电路连接形成第一节点电压端，所述第一节点电压端与所述调制器控制电路以及过压钳位及保护电路连接形成第二节点电压端，所述功率调制电路与可充电电池连接形成第三节点电压端，所述功率调制电路和所述过压钳位及保护电路组成连续电流固定频率调制器，对第一节点电压端进行单侧偏差反馈控制以稳定所述功率调制电路实现双向功率传输。
Description
技术领域
本发明涉及充放电转换电源控制技术，所述充放电转换电源包括移动电源，例如充电宝，特别是一种电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，以利于按负载的实际需要进行双向功率传输而无需根据电流流向检测，其多个接口可任意接入电压接近的电源或负载。
背景技术
图1是双向调制器应用电路结构原理示意图。图1给出了双向调制器15在电源路径中的典型位置。以充电宝(移动电源)为例，A连接的是对充电宝充电的输入，B连接的是充电宝对外输出的电源，C连接的是充电宝的电池9和充电宝的内部电路即直接负载14。另以智能手机为例，A和B是同一个接口，即手机的USB口；这个接口既可以接入充电电源，也可以在作为OTG口时向外输出电源。当A连接有效的电源时，可以沿A→C向电池充电、沿A→B向稳压升压负载供电；如果有效电源不足以负载B连接的负载，可充电电池9通过双向调制器15沿C→B补足欠缺部分。如果没有外部电源，则仅由电池通过调制器沿C→B对负载供电。调制器的工作状态包括充电和放电两个方向，需要限制或控制充电电流、充电电压、稳压升压、限制从外部电源取得的电流和限制不把外部电源拉低。由此可见，本发明所要解决的问题是简单有效地实现双向功率调制和实现上述要求功能的控制。
现有技术中具有相当于图1的外接电源接口A、稳压升压负载接口B、电池接口C的设置，并通过两个开关管和一个电感组成双向功率调制器，但是这种方案的电路结构不能补足A→B供电的缺口；双向调制器的换向需要根据识别到的连接情况确定，包括条件识别到切换、启动，从A→C的方向切换到C→B的方向需要220ms左右。总的说来，现有技术方案存在如下问题：不能快速建立C→B的输出。A接入电源时B接入负载可引起短时间输出下跌；A→B供电中如B有瞬时过载，也导致电压下跌。在类似手机的A和B是一个接口的情况下不能自动支持充放电转换。本发明为这些问题提供技术解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，以利于按负载的实际需要进行双向功率传输而无需根据电流流向检测，其多个接口可任意接入电压接近的电源或负载。
本发明技术方案如下：
电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，包括接口控制电路，所述接口控制电路通过电压调整逻辑电路连接调制器控制电路，所述调制器控制电路与第一开关管、第二开关管以及电感组合形成功率调制电路，所述功率调制电路与所述接口控制电路连接形成第一节点电压端，所述第一节点电压端与所述调制器控制电路以及过压钳位及保护电路连接形成第二节点电压端，所述功率调制电路与可充电电池连接形成第三节点电压端，所述功率调制电路和所述过压钳位及保护电路组成连续电流固定频率调制器，对第一节点电压端进行单侧偏差反馈控制以稳定所述功率调制电路实现双向功率传输。
所述过压钳位及保护电路和所述可充电电池负极均连接接地端。
所述第一开关管的开关控制端连接所述调制器控制电路，所述第一开关管的开关接入端连接所述第一节点电压端，所述第一开关管的开关接出端分别连接所述电感的一端和所述第二开关管的开关接入端，所述电感的另一端连接所述第三节点电压端，所述第三节点电压端连接所述可充电电池的正极，所述第二开关管的开关控制端连接所述调制器控制电路，所述第二开关管的开关接出端连接接地端。
所述接口控制电路包括一个电子开关、一个小电流检测电路和一个压差比较电路。
所述电子开关包括接入外接电源的电源端和连接负载的负载端，所述负载端分别连接升压节点、小电流检测电路和压差比较电路。
所述压差比较电路包括电压比较器，所述电压比较器的输出端连接电压调整逻辑电路，所述电压比较器的两个输入端对应连接所述电子开关的电源端和负载端。
所述接口控制电路设置有若干个，若干个接口控制电路为并联设置。
通过小电流检测电路进行小电流检测和通过压差比较电路对电子开关两侧压差检测的组合启动并控制调制器控制电路，在所述电子开关断开时通过压差检测确定是接入了负载还是电源，利用小电流检测负载或电源断开。
当流过电子开关的电流小到一定程度时，断开电子开关，断开电子开关时检测电子开关两侧的压差，如果从接口控制电路接入的电压高于第一节点电压值，则认为是有适合充电的外接电源接入；如果接口控制电路接入的电压大大低于第一节点电压值，则认为有负载接入；仅有负载接入而没有外接电源接入时，电压调整逻辑电路控制调制器控制电路输出第二节点电压值；有任何外接电源接入时，如果没有负载接入，调制器控制电路仅工作在充电模式，如果同时有负载接入，电压调整逻辑电路控制调制器控制电路输出略低于第二节点电压值的第二节点次电压值，由于第二节点次电压值低于第二节点电压值，接入的外接电源首先对负载供电。
输入的外接电源可为标称电压为第二节点电压值的负载供电，外接电源电压只有比第二节点次电压值略高时才可能被识别和接入，如果由于外接电源的负载能力不足，当第一节点电压被拉低小于第二节点次电压值后，功率调制电路自动向第一节点电压值方向传输功率；由于对第一节点电压的反馈控制只以第一节点电压值低于第二节点电压值的多少控制调制器控制电路，当接口负载甩载时，电感中从第三节点电压端向第一节点电压端方向输送的能量可能使第一节点电压值短时间上升，过压钳位及保护电路在检测到过压后提供能量泄放通道，并且在泄放不能拉低第一节点电压值时关闭调制器控制电路。
本发明技术效果如下：本发明电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路与现有技术相比的优点包括，1.无需根据电流流向检测、按负载的实际需要双向功率传输。2.多个接口可任意接入电压接近的电源或负载。
结合附图标记说明如下：本发明电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路对Vx进行单侧偏差反馈控制，并配合过压钳位在接口突然甩载时吸收电感储能、以及在持续Vx过压时停止调制器的设计是本发明的控制电路可实现其功能的关键点。保护点包括：1.利用小电流检测和开关两侧压差检测的组合启动并控制调制器的方案。这个方案在开关断开时采用压差检测是接入了负载还是电源，利用小电流检测负载或电源断开。2.一个或多个接口，有任何接口接入较Vx略高的电源时，Vs向下微调到Vs-，利用这一微调使外部电源优先供电的控制方案。3.由调制器控制电路、电感L、开关管Q1和Q2、以及过压钳位电路组成连续电流固定频率调制器，对Vx单侧偏差反馈控制以稳定调制电路实现双向功率传输的方案。
附图说明
图1是双向调制器应用电路结构原理示意图。
图2是实施本发明电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路示意图。
附图标记列示如下：1-接口控制电路；2-小电流检测电路；3-升压节点；4-压差比较电路；5-电压调整逻辑电路；6-调制器控制电路；7-过压钳位及保护电路；8-接地端；9-可充电电池；10-电子开关；11-开关接入端；12-开关接出端；13-开关控制端；14-直接负载；15-双向调制器；A-外接电源接口；B-稳压升压负载接口；C-电池接口；L-电感；P-电源端；X-负载端；Q1-第一开关管；Q2-第二开关管；Vx-第一节点电压值或第一节点电压端或第一节点；Vs-第二节点电压值或第二节点电压端或第二节点；Vb-第三节点电压值或第三节点电压端或第三节点。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
图1是双向调制器应用电路结构原理示意图。图2是实施本发明电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路示意图。如图1至图2所示，电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，包括接口控制电路1，所述接口控制电路1通过电压调整逻辑电路5连接调制器控制电路6，所述调制器控制电路6与第一开关管Q1、第二开关管Q2以及电感L组合形成功率调制电路，所述功率调制电路与所述接口控制电路1连接形成第一节点电压端Vx，所述第一节点电压端Vx与所述调制器控制电路6以及过压钳位及保护电路7连接形成第二节点电压端Vs，所述功率调制电路与可充电电池9连接形成第三节点电压端Vb，所述功率调制电路和所述过压钳位及保护电路7组成连续电流固定频率调制器，对第一节点电压端Vx进行单侧偏差反馈控制以稳定所述功率调制电路实现双向功率传输。所述过压钳位及保护电路7和所述可充电电池9负极均连接接地端8。所述第一开关管Q1的开关控制端13连接所述调制器控制电路6，所述第一开关管Q1的开关接入端11连接所述第一节点电压端Vx，所述第一开关管Q1的开关接出端12分别连接所述电感L的一端和所述第二开关管Q2的开关接入端，所述电感L的另一端连接所述第三节点电压端Vb，所述第三节点电压端Vb连接所述可充电电池9的正极，所述第二开关管Q2的开关控制端连接所述调制器控制电路6，所述第二开关管Q2的开关接出端连接接地端8。所述接口控制电路1包括一个电子开关10、一个小电流检测电路2和一个压差比较电路4。所述电子开关10包括接入外接电源的电源端P和连接负载的负载端X，所述负载端X分别连接升压节点3、小电流检测电路2和压差比较电路4。所述压差比较电路4包括电压比较器，所述电压比较器的输出端连接电压调整逻辑电路5，所述电压比较器的两个输入端对应连接所述电子开关10的电源端P和负载端X。所述接口控制电路1设置有若干个，若干个接口控制电路1为并联设置。通过小电流检测电路2进行小电流检测和通过压差比较电路4对电子开关两侧压差检测的组合启动并控制调制器控制电路6，在所述电子开关10断开时通过压差检测确定是接入了负载还是电源，利用小电流检测负载或电源断开。
当流过电子开关10的电流小到一定程度时，断开电子开关10，断开电子开关10时检测电子开关10两侧的压差，如果从接口控制电路1接入的电压高于第一节点电压值Vx，则认为是有适合充电的外接电源接入；如果接口控制电路1接入的电压大大低于第一节点电压值Vx，则认为有负载接入；仅有负载接入而没有外接电源接入时，电压调整逻辑电路5控制调制器控制电路6输出第二节点电压值Vs；有任何外接电源接入时，如果没有负载接入，调制器控制电路6仅工作在充电模式，如果同时有负载接入，电压调整逻辑电路5控制调制器控制电路6输出略低于第二节点电压值Vs的第二节点次电压值Vs-，由于第二节点次电压值Vs-低于第二节点电压值Vs，接入的外接电源首先对负载供电。输入的外接电源可为标称电压为第二节点电压值Vs的负载供电，外接电源电压只有比第二节点次电压值Vs-略高时才可能被识别和接入，如果由于外接电源的负载能力不足，当第一节点电压Vx被拉低小于第二节点次电压值Vs-后，功率调制电路自动向第一节点电压值Vx方向传输功率；由于对第一节点电压Vx的反馈控制只以第一节点电压值Vx低于第二节点电压值Vs的多少控制调制器控制电路6，当接口负载甩载时，电感l中从第三节点电压端Vb向第一节点电压端Vx方向输送的能量可能使第一节点电压值Vx短时间上升，过压钳位及保护电路7在检测到过压后提供能量泄放通道，并且在泄放不能拉低第一节点电压值Vx时关闭调制器控制电路。
如图2所示，本发明包括一个或多个接口控制部分，即图中阴影中的电路、一个根据接口状况产生电压要求的电路和一个调制器控制电路。1.接口部分包括一个电子开关、一个小电流检测电路和一个压差检测电路。当流过开关的电流小到一定程度，例如数mA时，断开开关。断开开关时检测开关两侧的压差，如果从接口接入的电压高于Vx，则认为是有适合充电的电源接入；如果接口电压大大低于Vx电压，则认为有负载接入。仅有负载接入时，电压调整逻辑控制调制器输出Vs。有任何电源接入时，如果没有负载接入，调制器仅工作在充电模式。如果同时有负载接入，电压调整逻辑控制调制器输出略低于Vs的Vs-。由于Vs-略低于Vs，外部接入的电源首先对负载供电。2.输入的电源设计可为标称电压为Vs的负载供电，所以其输出是与Vs接近的；只有电压比Vs-略高的电源才可能被识别和接入。如果由于外接电源的负载能力不足，当Vx电压被拉低小于Vs-后，下述稳定调制电路自动向Vx方向传输功率。3.调制器控制电路、电感L、开关管Q1和Q2组成标准的功率调制电路。除对Vx的反馈控制为单侧偏差反馈控制外，其余控制与从Vx向Vb输出的开关降压电路以及开关充电器的恒流恒压控制电路一致。4.由于对Vx的反馈控制只以Vx低于Vs的多少控制调制器，当接口负载甩载时，电感中从Vb向Vx方向输送的能量可能使Vx短时间上升。过压钳位及保护电路在检测到过压后提供能量泄放通道，并且在泄放不能拉低Vx时关闭调制器。
本发明的技术包括：对Vx进行单侧偏差反馈控制，并配合过压钳位在接口突然甩载时吸收电感储能、以及在持续Vx过压时停止调制器的设计是本发明的控制电路可实现其功能的关键点。本发明特点包括：1.利用小电流检测和开关两侧压差检测的组合启动并控制调制器的方案。这个方案在开关断开时采用压差检测是接入了负载还是电源，利用小电流检测负载或电源断开。2.一个或多个接口，有任何接口接入较Vx略高的电源时，Vs向下微调到Vs-，利用这一微调使外部电源优先供电的控制方案。3.由调制器控制电路、电感L、开关管Q1和Q2、以及过压钳位电路组成连续电流固定频率调制器，对Vx单侧偏差反馈控制以稳定调制电路实现双向功率传输的方案。本发明优点包括：1.无需根据电流流向检测、按负载的实际需要双向功率传输。2.多个接口可任意接入电压接近的电源或负载。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (7)
1.电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，包括接口控制电路，所述接口控制电路通过电压调整逻辑电路连接调制器控制电路，所述调制器控制电路与第一开关管、第二开关管以及电感组合形成功率调制电路，所述功率调制电路与所述接口控制电路连接形成第一节点电压端，所述第一节点电压端与所述调制器控制电路以及过压钳位及保护电路连接形成第二节点电压端，所述功率调制电路与可充电电池连接形成第三节点电压端，所述功率调制电路和所述过压钳位及保护电路组成连续电流固定频率调制器，对第一节点电压端进行单侧偏差反馈控制以稳定所述功率调制电路实现双向功率传输；
所述接口控制电路包括一个电子开关、一个小电流检测电路和一个压差比较电路；所述电子开关包括接入外接电源的电源端和连接负载的负载端，所述负载端分别连接升压节点、小电流检测电路和压差比较电路；
输入的外接电源可为标称电压为第二节点电压值的负载供电，外接电源电压只有比第二节点次电压值略高时才可能被识别和接入，如果由于外接电源的负载能力不足，当第一节点电压被拉低小于第二节点次电压值后，功率调制电路自动向第一节点电压值方向传输功率；由于对第一节点电压的反馈控制只以第一节点电压值低于第二节点电压值的多少控制调制器控制电路，当接口负载甩载时，电感中从第三节点电压端向第一节点电压端方向输送的能量可能使第一节点电压值短时间上升，过压钳位及保护电路在检测到过压后提供能量泄放通道，并且在泄放不能拉低第一节点电压值时关闭调制器控制电路。
2.根据权利要求1所述的电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，所述过压钳位及保护电路和所述可充电电池负极均连接接地端。
3.根据权利要求1所述的电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，所述第一开关管的开关控制端连接所述调制器控制电路，所述第一开关管的开关接入端连接所述第一节点电压端，所述第一开关管的开关接出端分别连接所述电感的一端和所述第二开关管的开关接入端，所述电感的另一端连接所述第三节点电压端，所述第三节点电压端连接所述可充电电池的正极，所述第二开关管的开关控制端连接所述调制器控制电路，所述第二开关管的开关接出端连接接地端。
4.根据权利要求1所述的电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，所述压差比较电路包括电压比较器，所述电压比较器的输出端连接电压调整逻辑电路，所述电压比较器的两个输入端对应连接所述电子开关的电源端和负载端。
5.根据权利要求1所述的电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，所述接口控制电路设置有若干个，若干个接口控制电路为并联设置。
6.根据权利要求1所述的电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，通过小电流检测电路进行小电流检测和通过压差比较电路对电子开关两侧压差检测的组合启动并控制调制器控制电路，在所述电子开关断开时通过压差检测确定是接入了负载还是电源，利用小电流检测负载或电源断开。
7.根据权利要求1所述的电感双向功率传输开关调制器稳定控制电路，其特征在于，当流过电子开关的电流小到一定程度时，断开电子开关，断开电子开关时检测电子开关两侧的压差，如果从接口控制电路接入的电压高于第一节点电压值，则认为是有适合充电的外接电源接入；如果接口控制电路接入的电压大大低于第一节点电压值，则认为有负载接入；仅有负载接入而没有外接电源接入时，电压调整逻辑电路控制调制器控制电路输出第二节点电压值；有任何外接电源接入时，如果没有负载接入，调制器控制电路仅工作在充电模式，如果同时有负载接入，电压调整逻辑电路控制调制器控制电路输出略低于第二节点电压值的第二节点次电压值，由于第二节点次电压值低于第二节点电压值，接入的外接电源首先对负载供电。
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