CN107465336A - 图腾无桥电路的驱动控制方法、驱动控制电路及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种图腾无桥电路的驱动控制方法、驱动控制电路及系统，针对图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压，将回流管电压与第一控制参考电压比较生成第一控制信号；并同时获取图腾无桥电路的交流输入电压，将交流输入电压与第二控制参考电压比较生成第二控制信号；然后对第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制待控回流管的驱动控制信号。本发明结合回流管自身的电压和交流输入电压生成驱动控制信号对回流管进行驱动控制信号，相对仅根据交流输入电压生成驱动控制信号，可免回流管出现硬开关；并能避免输入电压变化时，回流管产生强烈的反向恢复以及引起主功率回路短路的情况发生，提高可靠性。

Description

图腾无桥电路的驱动控制方法、驱动控制电路及系统
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术，尤其涉及一种图腾无桥电路的驱动控制方法、驱动控制电路及系统。
背景技术
图腾柱交错并联无桥PFC(Power Factor Correction,功率因素校正)拓扑电路如图1所示。图1中S1、S2、S3、S4为主开关管，S5、S6为回流管，S5为上回流管，S6为下回流管。D1、D2为防浪涌二极管。图1中回流管S5、S6的驱动是根据图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路的交流输入电压信号与一个参考电压作比较而产生的信号来驱动回流管。具体驱动控制电路如图2所示。其通过对交流输入电压进行采样，然后与参考电压进行比较得到上回流管和下回流管的驱动控制信号。采用该驱动控制电路会存在以下问题：
轻载时，由于PFC电感L1、L2与功率回路中的寄生电容谐振，导致同步回流管集电极和源极的电压振荡，此时只采用交流输入电压经采样整流后与参考电压作比较产生的信号作为回流管同步驱动信号，容易使回流管产生硬开通。
当交流输入电压迅速变化时(例如由正极性变为负极性或者由负极性变为正极性)，回流管中的电流信号滞后于交流输入电压信号，此时只采用交流输入电压经采样整流后与参考电压作比较产生的信号作为回流管同步驱动信号，也容易产生硬开通，同时使同步回流管的体二极管产生强烈的反向恢复。同时，从输入电压变化到同步回流管驱动信号的变化有较大的延迟，这个延迟还容易引起整个主功率回路的短路。
发明内容
本发明提供了一种图腾无桥电路的驱动控制方法、驱动控制电路及系统，解决现有图腾无桥电路中对回流管的驱动仅根据交流输入电压进行控制，导致回流管容易出现硬开通、在电压迅速变化时还容易产生强烈的反向恢复以及引起主功率回路短路的问题。
本发明提供了一种图腾无桥电路的驱动控制电路，包括：
第一控制信号产生模块，用于获取图腾无桥电路中待控回流管的回流管电压，将所述回流管电压与预设的第一控制参考电压比较生成第一控制信号；
第二控制信号产生模块，用于获取图腾无桥电路的交流输入电压，将所述交流输入电压与预设的第二控制参考电压比较生成第二控制信号；
驱动信号生成模块，用于对所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制所述待控回流管的驱动控制信号。
在本发明的一种实施例中，所述第一控制信号产生模块包括第一电压采样模块和第一比较器；
所述第一电压采样模块用于对待控回流管电压进行采样得到回流管电压，输出给所述第一比较器；
所述第一比较器用于将得到的回流管电压与所述第一控制参考电压进行比较生成第一控制信号，当所述回流管电压小于所述第一控制参考电压时，得到的第一控制信号为1，反之为0。
在本发明的一种实施例中，所述第二控制信号产生模块包括第二电压采样模块和第二比较器；
所述第二电压采样模块用于对交流输入电压进行采样，输出给所述第二比较器；
所述第二比较器用于将得到的交流输入电压与所述第二控制参考电压进行比较生成第二控制信号，当所述交流输入电压大于等于所述第二控制参考电压时，得到的第二控制信号为1，反之为0。
在本发明的一种实施例中，所述第二电压采样模块包括L线电压采样单元、N线电压采样单元以及计算单元；
所述L线电压采样单元和N线电压采样单元分别用于对交流输入电源的L线和N线对参考点进行采样得到L线参考点电压和N线参考点电压；
所述计算单元用于获取所述L线参考点电压和N线参考点电压的差值得到交流输入电压。
在本发明的一种实施例中，所述驱动信号生成模块包括与处理模块；
所述与处理模块用于将所述第一控制信号和所述第二控制信号进行与处理得到所述待控回流管的驱动控制信号。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种图腾无桥电路系统，包括图腾无桥电路和如上所述的驱动控制电路；
所述驱动控制电路用于针对所述图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压以及所述图腾无桥电路的交流输入电压，根据预设的第一控制参考电压和所述回流管电压比较生成第一控制信号，并根据预设的第二控制参考电压和所述交流输入电压比较生成第二控制信号，根据所述第一控制信号以及所述第二控制信号得到控制所述待控回流管的驱动控制信号。
在本发明的一种实施例中，所述图腾无桥电路为图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路，所述待控回流管包含上回流管和下回流管。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种图腾无桥电路的驱动控制方法，包括：
针对图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压，将所述回流管电压与预设的第一控制参考电压比较生成第一控制信号；并同时获取图腾无桥电路的交流输入电压，将所述交流输入电压与预设的第二控制参考电压比较生成第二控制信号；
对所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制所述待控回流管的驱动控制信号。
在本发明的一种实施例中，包括：对所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制所述待控回流管的驱动控制信号为：将所述第一控制信号和所述第二控制信号进行与处理得到所述待控回流管的驱动控制信号。
在本发明的一种实施例中，所述图腾无桥电路为图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路，所述待控回流管包含上回流管和下回流管。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种图腾无桥电路的驱动控制方法、驱动控制电路及系统，针对图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压，将回流管电压与第一控制参考电压比较生成第一控制信号；并同时获取图腾无桥电路的交流输入电压，将交流输入电压与第二控制参考电压比较生成第二控制信号；然后对第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制待控回流管的驱动控制信号。可见本发明对回流管驱动控制，是结合回流管自身的电压和交流输入电压生成驱动控制信号对回流管进行驱动控制信号，相对现有仅根据交流输入电压生成驱动控制信号，可以避免回流管出现硬开关；并能避免输入电压变化时，回流管产生强烈的反向恢复以及引起主功率回路短路的情况发生，提高对回流管控制的可靠性。
附图说明
图1为一种图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路结构示意图；
图2为现有图腾无桥电路的驱动示意图；
图3为本发明实施例一提供的图腾无桥电路的驱动控制方法流程示意图；
图4为本发明实施例一提供的图腾无桥电路的驱动电路结构示意图一；
图5为本发明实施例一提供的图腾无桥电路的驱动电路结构示意图二；
图6为图5中第二电压采样模块的一种结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的图腾无桥电路系统结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的生成上回流管驱动控制信号的驱动电路结构示意图；
图9为本发明实施例二提供的生成下回流管驱动控制信号的驱动电路结构示意图；
图10为本发明实施例二中第一应用场景中图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路电流流向示意图一；
图11为本发明实施例二中第一应用场景中图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路电流流向示意图二；
图12为本发明实施例二中第一应用场景中仅根据交流输入电压进行驱动控制的控制过程示意图；
图13为本发明实施例二中第一应用场景中结合回流管自身电压进行驱动控制的控制过程示意图；
图14为本发明实施例二中第二应用场景中仅根据交流输入电压进行驱动控制的控制过程示意图；
图15为本发明实施例二中第二应用场景中结合回流管自身电压进行驱动控制的控制过程示意图；
图16为本发明实施例二中第三应用场景中图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路短路示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。
实施例一：
本实施例针对图腾无桥电路提供的驱动控制方法参见图3所示，包括：
S301：针对图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压，将回流管电压与预设的第一控制参考电压比较生成第一控制信号。
该步骤具体包括对待控回流管电压进行采样得到回流管电压，然后将得到的回流管电压与第一控制参考电压进行比较生成第一控制信号，当回流管电压小于第一控制参考电压时，得到的第一控制信号为1，反之为0。
S302：在S301中同时获取图腾无桥电路的交流输入电压，将交流输入电压与预设的第二控制参考电压比较生成第二控制信号。
该步骤包括对交流输入电压进行采样，将得到的交流输入电压与第二控制参考电压进行比较生成第二控制信号，当交流输入电压大于等于第二控制参考电压时，得到的第二控制信号为1，反之为0。
其中对交流输入电压进行采样的过程为：对交流输入电源的L线(Live Wire，火线)和N线(Naught Wire零线)对参考点的电压进行采样得到L线参考点电压和N线参考点电压，然后获取L线参考点电压和N线参考点电的差值得到交流输入电压。
本实施例中参考电压的具体取值可以根据具体应用场景灵活选择设定，该参考电压可以避免交流输入电压过零就输出为1的逻辑控制信号，可以进一步提升控制的可靠性和准确性。
S303：对第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制待控回流管的驱动控制信号。
本步骤具体可以将第一控制信号和第二控制信号进行与处理得到待控回流管的驱动控制信号。本实施例结合回流管自身的电压和交流输入电压生成驱动控制信号对回流管进行驱动控制信号，相对现有仅根据交流输入电压生成驱动控制信号，可以避免回流管出现硬开关；并能避免输入电压变化时，回流管产生强烈的反向恢复以及引起主功率回路短路的情况发生，提高对回流管控制的可靠性。
本实施例中的回流管可以是三极管，此时采集的回流管的电压为回流管集电极和发射极的电压。本实施例中的回流管也可以是场效应管，此时采集的回流管的电压为回流管的源极和漏极的电压。以此类推，本实施例中的回流管并不限于三极管或场效应管，也可以采用其他类型的管子实现。
本实施例中的驱动电路可以适用于具有回流管的任意类型的图腾无桥电路。例如适用于图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路，此时的待控回流管包含上回流管和下回流管。针对上回流管和下回流管通过图3所述的方法分别生成上回流管驱动控制信号和下回流驱动控制信号，以分别对上回流管和下回流管进行驱动控制。
下面结合具体的图腾无桥电路的驱动控制电路对本发明做进一步示例说明，请参见图4所示，包括：
第一控制信号产生模块41，用于获取图腾无桥电路中待控回流管的回流管电压，将回流管电压与第一控制参考电压比较生成第一控制信号。
第二控制信号产生模块42，用于获取图腾无桥电路的交流输入电压，将交流输入电压与第二控制参考电压比较生成第二控制信号；其与第一控制信号产生模块41同时工作。
驱动信号生成模块43，用于对第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制待控回流管的驱动控制信号。
参见图5所示，其中：第一控制信号产生模块41包括第一电压采样模块411和第一比较器412；
第一电压采样模块411用于对待控回流管电压进行采样得到回流管电压，输出给第一比较器；当然采集到电压后还可对其进行整流等处理后发给比较器。
第一比较器412用于将得到的回流管电压与第一控制参考电压进行比较生成第一控制信号，当回流管电压小于控制参考电压时，得到的第一控制信号为1，反之为0。本实施例中的第一控制参考电压的取值可以根据具体的应用场景灵活设定。
第二控制信号产生模块42包括第二电压采样模块421和第二比较器422；
第二电压采样模块421用于对交流输入电压进行采样，输出给第二比较器422；
第二比较器422用于将得到的交流输入电压与第二控制参考电压进行比较生成第二控制信号，当交流输入电压大于等于第二控制参考电压时，得到的第二控制信号为1，反之为0。
驱动信号生成模块43包括与处理模块431；
与处理模块431用于将第一控制信号和第二控制信号进行与处理得到待控回流管的驱动控制信号；其中，只有在第一控制信号和第二控制信号都为1时，得到的驱动控制信号才为1，反之则为0。与处理模块431具体可通过与门实现。
参见图6所示，第二电压采样模块421包括L线电压采样单元4211、N线电压采样单元4212以及计算单元4213；
L线电压采样单元4211和N线电压采样单元4212分别用于对交流输入电源的L线和N线对参考点进行采样得到L线参考点电压和N线参考点电压；本实施例中参考点的具体选择也可以根据具体应用场景灵活选择。
计算单元4213用于计算L线参考点电压和N线参考点电压的差值得到交流输入电压。
本实施例提供的方案，通过交流输入电压信号用来确定是关通上回流管还是下回流管，而如果经根据交流输入信号来控制的话，会导致当回流管的电压不为零时，如果开通回流管就会出现硬开通。但本发明引入回流管电压作为控制信号，可以只有在回流管电压为零时，才能控制开通回流管，实现软开通，避免硬开关情况发生。
实施例二：
施例一提供的上述图腾无桥电路的驱动控制电路可适用于各种具有回流管的图腾无桥电路。本实施例还提供了一种图腾无桥电路系统，请参见图7所示，包括图腾无桥电路和实施例一所提供的驱动控制电路；
驱动控制电路用于针对图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压以及图腾无桥电路的交流输入电压，根据相应的控制参考电压和回流管电压以及交流输入电压得到控制待控回流管的驱动控制信号。具体的，本实施例中的图腾无桥电路可为图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路，待控回流管则包含上回流管和下回流管。针对上回流管和下回流管通过驱动控制电路分别生成上回流管驱动控制信号和下回流驱动控制信号，以分别对上回流管和下回流管进行驱动控制。此时的控制过程，在实施例一图5所示的基础上，针对上回流管和下回流管进行驱动控制的驱动电路图分别参见图8和图9所示。
为了更好的理解本发明，下面在图8和图9的基础上，结合一种具体结构的图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路对本发明做进一步说明。
在第一种场景：
假如在交流输入正半周内，L线对N线为正，负载比较小，在交流正半周内。
参见图10所示，开关管S2、S4导通电流流向如图5中箭头所示，此时同步回流管S5和S6并未开通，电流从回流管S6的体二极管流过。
参见图11所示,开关管S2、S4关断，S1、S3导通电流流向如图11所示，此时同步回流管S5和S6并未开通，电流从回流管S6的体二极管流过。
在交流正半周(L线对N线为正)瞬时值为0V到Vi内，开关管在这两种状态下切换，由于在这段时间内，负载电流较小，电感L1、L2与同步回流管的结电容C6、C5谐振，此时如果采用仅根据交流输入电压控制：根据交流输入电压经采样整流后与参考电压作比较产生的信号作为回流管同步驱动信号来开通S6，容易引起S6的硬开通；如果C5上的电压谐振到零，使S5的体二极管导通，此时开通S6会引起S5的体二极管发生反向恢复，产生可靠性问题，参见图12所示：
回流管S6开通时，回流管S6的D、S极电压处于最高点，因此回流管S6为硬开通。当回流管S6电压为最高点时，回流管S5两端电压为零，其体二极管可能会导通，此时回流管S6开通不仅是硬，回流管S5的体二极管会产生很强的反向恢复。
而采用本实施例提供的方案，引入回流管自身的电压作为其中一个控制信号，其控制过程参见图13所示：
只有当交流输入电压瞬时值大于一定值，并且，回流管S6中电流足够大，使开关管的结电容电压变为零时，才会开通开回流管S5，实现回流管S6的软开关，同时避免回流管S5体二极管的反向恢复，提升对回流管控制的可靠性。
当交流输入处于负半周内的情况与正半周内似，此处不再赘述。
第二种场景：
假设在交流输入正半周内，L线对N线为正，负载比较大，在交流正半周内，S2、S4与S1、S3交替导通，同步回流管S6一直处于导通。
S2、S4导通时，电流流向如图10，S1、S3导通时，电流流向如图11。此时，如果交流电压发生变化，电压(L线对N线)由正迅速变化为负时，如图14所示，此时采用仅根据交流输入电压控制：根据交流输入电压经采样整流后与参考电压作比较产生的信号作为回流管同步驱动信号，首先关断S6，当输入电压满足开通上回流管S5时，开通S5；在开通S5之前，电流从S6的体二极管流动；S5开通时，S6的体二极管会产生很强的反向恢复，此时S5为硬开通。
而采用本实施例提供的方案，引入回流管自身的电压作为其中一个控制信号，其控制过程参见图15所示：
当电压(L线对N线)由正迅速变化为负时，关断S6后，电流从S6的体二极管流动，S6的DS间电压为零，S5的DS间电压为最大值，由于采用了S5的DS间电压作为开通S5的一个依据，因此当输入电压变负后，满足输入电压条件，S5也不会开通，必须等到S6体二极管中的电流变为零后，反向给S6的结电容冲电，此时S5的DS间电压减小，当DS电压减小到零时，开通S5，此时S5为软开通，同时也避免了传统控制方法中的体二极管的反向恢复问题。
当输入电压(L线对N线)由负迅速变化为正时，如果采用仅根据交流输入电压控制也会发生S6的硬开通，以及S5体二极管的反向恢复，但采用本发明的控制方法则可以避免这些问题。
第三种场景：
当交流输入电压L线对N线为正，电流流向如图11、图11所示，D1、D2为防浪涌二极管，如果某一瞬间电压突然变为负极性：L线对N线为负，由于传统采样的延迟，同步管S6还未及时关断，会存在如图16所示的短路情况发生。
如果采用本发明的交流采样比较，L线对参考点电压与N线对参考点电压比较(图8和图9中的第二控制参考电压可以调节比较点)可以及时有效的关断回流管S6，防止短路电流的发生。当交流输入电压L线对N线为负，如果某一瞬间电压突然变为正极性：L线对N线为正，同样会发生短路情况，采样本发明控制同样可以及时有效的关断回流管S5，避免短路情况的发生。
本发明结合回流管自身的电压和交流输入电压生成驱动控制信号对回流管进行驱动控制信号，可以避免回流管出现硬开关；并能避免输入电压变化时，回流管产生强烈的反向恢复以及引起主功率回路短路的情况发生，提高对回流管控制的可靠性。
以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种图腾无桥电路的驱动控制电路，其特征在于，包括：
第一控制信号产生模块，用于获取图腾无桥电路中待控回流管的回流管电压，将所述回流管电压与预设的第一控制参考电压比较生成第一控制信号；
第二控制信号产生模块，用于获取图腾无桥电路的交流输入电压，将所述交流输入电压与预设的第二控制参考电压比较生成第二控制信号；
驱动信号生成模块，用于对所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制所述待控回流管的驱动控制信号。
2.如权利要求1所述的图腾无桥电路的驱动控制电路，其特征在于，所述第一控制信号产生模块包括第一电压采样模块和第一比较器；
所述第一电压采样模块用于对待控回流管电压进行采样得到回流管电压，输出给所述第一比较器；
所述第一比较器用于将得到的回流管电压与所述第一控制参考电压进行比较生成第一控制信号，当所述回流管电压小于所述第一控制参考电压时，得到的第一控制信号为1，反之为0。
3.如权利要求2所述的图腾无桥电路的驱动控制电路，其特征在于，所述第二控制信号产生模块包括第二电压采样模块和第二比较器；
所述第二电压采样模块用于对交流输入电压进行采样，输出给所述第二比较器；
所述第二比较器用于将得到的交流输入电压与所述第二控制参考电压进行比较生成第二控制信号，当所述交流输入电压大于等于所述第二控制参考电压时，得到的第二控制信号为1，反之为0。
4.如权利要求3所述的图腾无桥电路的驱动控制电路，其特征在于，所述第二电压采样模块包括L线电压采样单元、N线电压采样单元以及计算单元；
所述L线电压采样单元和N线电压采样单元分别用于对交流输入电源的L线和N线对参考点进行采样得到L线参考点电压和N线参考点电压；
所述计算单元用于获取所述L线参考点电压和N线参考点电压的差值得到交流输入电压。
5.如权利要求1-4任一项所述的图腾无桥电路的驱动控制电路，其特征在于，所述驱动信号生成模块包括与处理模块；
所述与处理模块用于将所述第一控制信号和所述第二控制信号进行与处理得到所述待控回流管的驱动控制信号。
6.一种图腾无桥电路系统，其特征在于，包括图腾无桥电路和如权利要求1-5任一项所述的驱动控制电路；
所述驱动控制电路用于针对所述图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压以及所述图腾无桥电路的交流输入电压，根据预设的第一控制参考电压和所述回流管电压比较生成第一控制信号，并根据预设的第二控制参考电压和所述交流输入电压比较生成第二控制信号，根据所述第一控制信号以及所述第二控制信号得到控制所述待控回流管的驱动控制信号。
7.如权利要求6所述的图腾无桥电路系统，其特征在于，所述图腾无桥电路为图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路，所述待控回流管包含上回流管和下回流管。
8.一种图腾无桥电路的驱动控制方法，其特征在于，包括：
针对图腾无桥电路中的每一待控回流管，获取该待控回流管的回流管电压，将所述回流管电压与预设的第一控制参考电压比较生成第一控制信号；并同时获取图腾无桥电路的交流输入电压，将所述交流输入电压与预设的第二控制参考电压比较生成第二控制信号；
对所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制所述待控回流管的驱动控制信号。
9.如权利要求8所述的图腾无桥电路的驱动控制方法，其特征在于，包括：对所述第一驱动控制信号和第二驱动控制信号进行处理得到控制所述待控回流管的驱动控制信号为：将所述第一控制信号和所述第二控制信号进行与处理得到所述待控回流管的驱动控制信号。
10.如权利要求8或9所述的图腾无桥电路的驱动控制方法，其特征在于，所述图腾无桥电路为图腾柱交错并联无桥PFC拓扑电路，所述待控回流管包含上回流管和下回流管。
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