CN107482929B - 开关控制方法、控制器、图腾柱无桥系统及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关时序控制技术领域，特别是涉及一种开关控制方法、控制器、图腾柱无桥系统及电子设备。通过确定电流环路参考值与电感电流，电流环路参考值包括电源电压位于过零点区域时所对应的第一电流环路参考值与电源电压未位于过零点区域时所对应的第二电流环路参考值，第一电流环路参考值小于第二电流环路参考值；在检测到电源的电源电压位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第一电流环路参考值；根据第一电流环路参考值与电感电流，驱动第一开关管与所述第二开关管，第一开关管与第二开关管的驱动波形互补。相对于传统技术，在电源电压超出位于过零点区域的临界值时，其缓慢地导通第一开关管或第二开关管，从而防止电流畸变。

Description

开关控制方法、控制器、图腾柱无桥系统及电子设备
技术领域
本发明涉及开关时序控制技术领域，特别是涉及一种开关控制方法、控制器、图腾柱无桥系统及电子设备。
背景技术
在能源转换系统中，电源的转换效率是非常重要的。宽禁带功率半导体，如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)，由于其出色的开关特性和不断提升的品质，近期逐渐得到了电力转换应用的青睐。得益于氮化镓和碳化硅的优点，图腾柱无桥(Totem-Pole Bridgeless)电路作为无桥电路的一种，具有电路结构简单和转换效率高等优点，在近年来越来越受到普遍的应用。
传统技术控制图腾柱无桥电路时，需要在电源正负半周的过零点切换时，切换主开关管与同步整流开关管，因此传统技术需要两组电流环路的控制器分别控制电源在正半周、负半周的电流环路。
发明人在实现本发明的过程中，发现传统技术至少存在以下问题：在电源的正负半周进行过零点切换后，超出过零点区域的临界值对应的环路电流波形容易发生电流畸变的现象。
发明内容
本发明实施例一个目的旨在提供一种开关控制方法、控制器、图腾柱无桥系统及电子设备，其解决了传统技术存在着图腾柱无桥电路在电源的正负半周进行过零点切换后，超出过零点区域的临界值对应的环路电流波形发生畸变的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
在第一方面，本发明实施例提供一种开关控制方法，用于图腾柱无桥电路，所述图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；
所述方法包括：确定电流环路参考值与流经所述电感的电感电流，其中，所述电流环路参考值包括所述电源的电源电压位于过零点区域时所对应的第一电流环路参考值与所述电源电压未位于过零点区域时所对应的第二电流环路参考值，所述第一电流环路参考值小于所述第二电流环路参考值；在检测到所述电源的电源电压位于过零点区域时，选择所述电流环路参考值为第一电流环路参考值；根据所述第一电流环路参考值与所述电感电流，驱动所述第一开关管与所述第二开关管，其中，所述第一开关管与所述第二开关管的驱动波形互补。
可选地，所述确定电流环路参考值，包括：获取预设参考电压与所述负载单元的负载电压；根据所述预设参考电压、所述负载单元的负载电压以及所述电源的电源电压，计算出第二电流环路参考值。
可选地，所述第一电流环路参考值为0。
可选地，所述方法还包括：在检测到所述电源的电源电压未位于过零点区域时，选择所述电流环路参考值为第二电流环路参考值；根据所述第二电流环路参考值、所述电感电流以及所述电源的电源电压的正负极性，驱动所述第一开关管至所述第四开关管，其中，所述第三开关管与所述第四开关管的驱动波形互补。
可选地，所述根据所述第二电流环路参考值、所述电感电流以及所述电源的电源电压的正负极性，驱动所述第一开关管至所述第四开关管，包括：判断所述电源的电源电压的正负极性；若所述电源的电源电压位于正半周时，导通所述第四开关管，关断所述第三开关管；若所述电源的电源电压位于负半周时，导通所述第三开关管，关断所述第四开关管；根据所述第二电流环路参考值与所述电感电流驱动所述第一开关管与所述第二开关管。
可选地，所述根据所述第二电流环路参考值与所述电感电流驱动所述第一开关管与所述第二开关管，包括：根据所述电感电流、所述第二电流环路参考值以及所述电源电压，计算出电流误差；根据所述电流误差，计算出所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，其中，当所述第一开关管为主开关管时，所述第二开关管为同步整流开关管，当所述第二开关管为主开关管时，所述第一开关管为同步整流开关管；根据所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，驱动所述第一开关管与所述第二开关管。
可选地，所述根据所述电感电流、所述第二电流环路参考值以及所述电源电压，计算出电流误差，包括：判断所述电源电压的正负极性；若所述电源电压位于正半周，所述电流误差等于所述电感电流减去所述第二电流环路参考值的差值；若所述电源电压位于负半周，所述电流误差等于所述第二电流环路参考值减去所述电感电流的差值。
可选地，在根据所述电流误差，计算出所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比后，所述根据所述第二电流环路参考值与所述电感电流驱动所述第一开关管与所述第二开关管，还包括：校正所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比。
可选地，所述根据所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，驱动所述第一开关管与所述第二开关管，包括：
当所述电源电压位于正半周时，所述第二开关管作为主开关管并且所述第二开关管的占空比为M，所述第一开关管作为同步整流开关管并且所述第一开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动所述第二开关管，占空比为1-M驱动所述第一开关管；当所述电源电压位于负半周时，所述第一开关管作为主开关管并且所述第一开关管的占空比为M，所述第二开关管作为同步整流开关管并且所述第二开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动所述第一开关管，占空比为1-M驱动所述第二开关管；其中，M为0至100％之间。
在第二方面，本发明实施例提供一种控制器，所述控制器包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够用于执行上述任一项的开关控制方法。
在第三方面，本发明实施例提供一种图腾柱无桥系统，包括图腾柱无桥电路，所述图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；
所述图腾柱无桥系统还包括：第一电压采样电路，其用于与所述电源并联，用于采样所述电源的电源电压；电流采样电路，其用于连接在所述电源与所述电感之间，用于采样流经所述电感的电感电流；第二电压采样电路，其用于与所述负载单元并联，用于采样所述负载单元的负载电压；上述的控制器，其分别与所述第一电压采样电路、所述电流采样电路、所述第二电压采样电路连接。
在第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的控制器。
在本发明各个实施例中，通过确定电流环路参考值与流经电感的电感电流，在检测到电源的电源电压位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第一电流环路参考值，并且根据第一电流环路参考值与电感电流，驱动第一开关管与第二开关管。由于第一电流环路参考值小于第二电流环路参考值，相对于传统技术，在电源电压超出位于过零点区域的临界值时，其能够缓慢地导通第一开关管或第二开关管，从而防止电流畸变。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供一种图腾柱无桥电路的结构示意图；
图1a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路的开关控制时序的示意图；
图1b是本发明实施例提供一种基于图1a所示的开关控制时序的波形示意图；
图1c是图1b的局部波形放大图；
图2是本发明实施例提供一种图腾柱无桥系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥系统的开关控制原理图；
图3a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥系统的开关控制时序的示意图；
图3b是图3a的局部波形放大图；
图4是本发明实施例提供一种控制器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供一种开关控制装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供一种确定模块的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供一种开关控制装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供一种第二驱动模块的结构示意图；
图9是本发明实施例提供一种第一驱动单元的结构示意图；
图10是本发明另一实施例提供一种第一驱动单元的结构示意图；
图11是本发明实施例提供一种开关控制方法的流程示意图；
图12是本发明实施例提供一种步骤61的流程示意图；
图13是本发明另一实施例提供一种开关控制方法的流程示意图；
图14是本发明实施例提供一种步骤65的流程示意图；
图15是本发明实施例提供一种步骤654的流程示意图；
图16是本发明实施例提供一种步骤6541的流程示意图；
图17是本发明另一实施例提供一种步骤654的流程示意图；
图18是本发明实施例提供一种步骤6543的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供一种图腾柱无桥电路的结构示意图。如图1所示，该图腾柱无桥电路11包括第一桥臂单元111与第二桥臂单元112。第一桥臂单元111与第二桥臂单元112并联于第一并联连接点11a和第二并联连接点11b之间，第一桥臂单元111包括同向串联的第一开关管Q1与第二开关管Q2，第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的连接点为第一串联连接点11c，第二桥臂单元102包括同向串联的第三开关管F1与第四开关管F2，第三开关管F1与第四开关管F2之间的连接点为第二串联连接点11d，第一并联连接点11a和第二并联连接点11b之间还用于并联负载单元113，第一串联连接点11c和第二串联连接点11d之间还用于连接电源AC和电感L1，电源AC和电感L1串联。
在一些实施例中，第一开关管Q1与第二开关管Q2的工作状态受驱动信号的控制，例如：第一开关管Q1与第二开关管Q2分别为N沟道绝缘栅型场效应管，控制器向第一开关管Q1发送第一驱动信号控制第一开关管Q1导通或者截止，控制器根据第一开关管Q1的导通或者截止向第二开关管Q2发送第二驱动信号控制第二开关管Q2导通或者截止。
在一些实施例中，第三开关管F1与第四开关管F2的工作状态可以受驱动信号的控制，亦可以不受驱动信号的控制。例如：第三开关管F1与第四开关管F2分别为N沟道绝缘栅型场效应管，此处第三开关管F1与第四开关管F2的控制策略同上第一开关管Q1与第二开关管Q2的论述，在此不赘述。再例如：第三开关管F1与第四开关管F2为二极管。
图1a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路的开关控制时序的示意图。如图1a所示，IAC是流经电感L1的电感电流，GQ1是控制器发送给第一开关管Q1的第一驱动信号，GQ2是控制器发送给第二开关管Q2的第二驱动信号。
基于图1所揭示的图腾柱无桥电路，本发明实施例结合图1a详细阐述传统图腾柱无桥电路的控制策略，如下所述：
在电源AC输入的交流电位于正半周时，第二开关管Q2为主动开关管，第一开关管Q1是同步整流开关管，第二开关管Q2与第一开关管Q1工作在互补开通状态。
当GQ2是高电平，GQ1是低电平时，第二开关管Q2闭合，第一开关管Q1断开。电流通过电源AC的正向端流向电感L1、第二开关管Q2、第四开关管Q4再流回电源AC1的负向端。电感L1工作在储存能量状态，电源AC对电感L1储能。
当GQ2是低电平，GQ1是高电平时，第二开关管Q2断开，第一开关管Q1闭合时，电流通过电源AC的正向端流向电感L1、第一开关管Q1、负载单元70、第四开关管S4再流回电源AC的负向端。电感L1工作在释放能量状态，对负载单元113释放能量，负载电容工作在充电状态。
在电源AC输入的交流电位于负半周时，第一开关管Q1为主动开关管，第二开关管Q2是同步整流开关管，第一开关管Q1与第二开关管Q2工作在互补开通状态。
当GQ2是低电平，GQ1是高电平时，第一开关管Q1闭合，第二开关管Q2断开。电流通过电源AC的负向端流向第三开关管Q3、第一开关管Q1、电感L1再流回电源AC的正向端。电感L1工作在储存能量状态，电源AC对电感L1储能。
当GQ2是高电平，GQ1是低电平时，第二开关管Q2闭合，第一开关管Q1断开时，电流通过AC的负向端流向第三开关管Q3、负载单元113、第二开关管Q2、电感L1、再流回电源AC的正向端。电感L1工作在释放能量状态，对负载单元释放能量，负载电容工作在充电状态。
由于传统技术在电源正负半周的过零点切换主开关管与同步整流开关管时，第一开关管Q1与第二开关管Q2关闭数个周期以配合两组环路的切换，导致控制器的环路积分器超调，从而影响控制器的稳定性，同时占用较多软件资源，并且，过零点区域的临界值附近对应的环路电流波形发生畸变。
请一并参阅图1b与图1c，图1b是本发明实施例提供一种基于图1a所示的开关控制时序的波形示意图，图1c是图1b的局部波形放大图。如图1b或图1c所示，自上往下看，第一个坐标轴为电感电流与时间的曲线图，第二个坐标轴为第一开关管Q1的驱动信号与时间的曲线图，第三个坐标轴为第二开关管Q2的驱动信号与时间的曲线图，第四个坐标轴为集合第三开关管Q3与第四开关管Q4的的驱动信号与时间的曲线图，其中，由于在单位周期内，第一开关管Q1与第二开关管Q2的频率高，因此在图1b分别所示的第一开关管Q1与第二开关管Q2的驱动信号的波形未能够清晰地示出第一开关管Q1与第二开关管Q2的驱动波形的互补特性，不过本领域技术人员应当知悉的。
如图1b所示，在过零点区域附近(见圆圈所圈住的电流部分)，该电感电流的变化趋势如下：
在过零点区域，由于第一开关管Q1至第四开关管Q4皆关断，因此，电感电流为0。
当过了过零点区域的临界值，首先，电感电流先剧烈地降低至峰谷所对应的电流值，然后，电感电流又升高，返回正常的正弦电流的轨道上。因此，传统技术存在着过零点区域的临界值附近对应的环路电流波形发生畸变。
进一步的，如图1c所示，在过零点区域附近(见圆圈所圈住的电流部分)，当过了过零点区域的临界值，电感电流是剧烈地变化的。
基于上述技术的缺陷，请参阅图2，图2是本发明实施例提供一种图腾柱无桥系统的结构示意图。如图2所示，该图腾柱无桥系统20包括图腾柱无桥电路21、第一电压采样电路22、电流采样电路23、第二电压采样电路24以及控制器25。控制器25分别与第一电压采样电路22、电流采样电路23、第二电压采样电路24连接，并且，控制器25还与图腾柱无桥电路21中各个开关管连接。
其中，图2所示的图腾柱无桥电路21与图1所示的图腾柱无桥电路11的不同点在于：第三开关管F1与第四开关管F2为N沟道绝缘栅型场效应管，其工作状态受控制器25的控制。
第一电压采样电路22采样图腾柱无桥电路21位于网侧的电源电压，并且将采样到的电源电压发送给控制器25。
电流采样电路23采样图腾柱无桥电路21中流经电感的电感电流，并且将采样到的电感电流发送给控制器25。
第二电压采样电路24采样图腾柱无桥电路21中流经负载单元的负载电压，并且将采样到的负载电压发送给控制器25。
控制器25根据控制策略，结合电源电压、电感电流以及负载电压控制图腾柱无桥电路21。
为了详细阐述本发明实施例提供的图腾柱无桥系统的工作原理，本发明实施例结合图2、图3、图3a及图3b进行详细阐述，值得注意的是：图3a与图3b所示时序图只是用于解释本发明实施例，并不对本发明实施例的保护范围作出任何限制。具体如下：
首先，控制器25需要确定电流环路参考值iac_cmd与流经电感L1的电感电流IAC，以便驱动第一开关管Q1至第四开关管Q4。
电流环路参考值iac_cmd用于指示控制器25结合电感电流IAC，以计算出驱动第一开关管Q1与第二开关管Q2的占空比。其中，电流环路参考值包括电源的电源电压位于过零点区域时所对应的第一电流环路参考值iac_ref1与电源电压未位于过零点区域时所对应的第二电流环路参考值iac_ref2，第一电流环路参考值iac_ref1小于第二电流环路参考值iac_ref2。
其中，第一电流环路参考值iac_ref1可以由用户自定义，例如：iac_ref1可以为0，亦可以为0至iac_ref2之间的任意值。
第二电流环路参考值iac_ref2能够反馈图腾柱无桥电路21的运行状态，其由控制器25根据预设参考电压VFB_CMD、负载单元的负载电压VFB以及电源的电源电压VAC，计算出第二电流环路参考值iac_ref2。
具体的，如图3所示，首先，控制器25获取预设参考电压VFB_CMD与负载电压VFB，并且将预设参考电压VFB_CMD与负载单元的负载电压VFB进行相减得到电压差值，然后再将该电压差值经过电压PI调节器的比例积分调节，输出调节后的电压参考差值。
与此同时，控制器25将电源电压VAC进行有效值运算，通过第一前向路径输出有效电压值，并且再将有效电压值与电源电压VAC进行乘法运算，输出相乘后的有效电压参考值。
进一步的，控制器25再将电压参考差值与有效电压参考值进行乘法运算，从而输出第二电流环路参考值iac_ref2。
预设参考电压VFB_CMD指的是输出电压环路的参考给定量，即最终控制该图腾柱无桥电路的直流侧母线电压的最终稳态值，例如在110Vac电源系统，该值可以设定为180Vdc或更高；在220Vac电源系统，该值可以设定为380Vdc或更高。
然后，控制器25判断电源的电源电压VAC是否位于过零点区域。
当控制器25检测到电源的电源电压VAC位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第一电流环路参考值iac_ref1。
与此同时，如图3a所示，在过零点区域时，控制器25分别向第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管F1以及第四开关管F2发送低电平信号，关断第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管F1以及第四开关管F2。因此，电流未在图腾柱无桥电路21上流动，此时的电感电流为0。
过零点区域是指一个网侧电压为0伏为中心的周边区域对应的窄区间，该窄区间由人为自定义，例如：过零点区域可以是以0伏为中心左右两端等幅值的一个窄区间。
在本实施例中，控制器25可以采用以下方式检测电源的电源电压VAC是否位于过零点区域，例如：控制器25根据电源的电源电压VAC，确定电源的电压相位或电压幅值，例如：控制器25通过锁相环算法计算出当前电源电压VAC的电压相位theta，根据电压相位theta判断电源电压VAC是否位于过零点区域。当电压相位落在以0相位为中心到左右端点所对应的相位的范围内时，当前的电源电压VAC位于过零点区域，反之则否。或者，当电压幅值落在以0为中心到左右端点所对应的幅值的范围内时，当前的电源电压VAC位于过零点区域。
当当前电源电压超出过零点区域的临界值时，控制器25根据第一电流环路参考值iac_ref1与电感电流IAC，驱动第一开关管Q1与第二开关管Q2，其中，第一开关管Q1与第二开关管Q2的驱动波形互补。由于第一电流环路参考值iac_ref1小于第二电流环路参考值iac_ref2，例如：控制器25选择第一电流环路参考值iac_ref1为0，于是，相对于传统技术，控制器25可以采用非激烈地方式缓慢驱动第一开关管Q1与第二开关管Q2。值得提醒的是，此处所阐述的第一开关管Q1与第二开关管Q2的驱动方式是遵循图腾柱无桥电路的基本驱动原理，亦即：第一开关管Q1与第二开关管Q2循环工作在主开关管与同步整流开关管的状态下，当第一开关管Q1为主开关管时，第二开关管Q2为同步整流开关管，当第二开关管Q2为主开关管时，第一开关管Q1为同步整流开关管。
如图3a所示，在过零点区域附近(见圆圈所圈住的电流部分)，该电感电流的变化趋势如下：
在过零点区域，由于第一开关管Q1至第四开关管Q4皆关断，因此，电感电流为0。
当过了过零点区域的临界值，电感电流L1遵循着正常的正弦电流的降低趋势，顺延着正弦电流的轨道进行降低，未出现电流畸变的现象。
进一步的，如图3b所示，在过零点区域附近(见圆圈所圈住的电流部分)，当过了过零点区域的临界值，电感电流L1是递进地、缓慢地升高(绝对值升高)。
因此，相对于传统技术，在电源电压VAC超出位于过零点区域的临界值时，其能够缓慢地导通第一开关管Q1或第二开关管Q2，从而防止电流畸变。
与此同时，在检测到电源AC的电源电压VAC未位于过零点区域，控制器25选择电流环路参考值为第二电流环路参考值iac_ref2，并且根据第二电流环路参考值iac_ref2、电感电流L1以及电源的电源电压VAC的正负极性，驱动第一开关管Q1至第四开关管Q4，其中，第三开关管Q3与第四开关管Q4的驱动波形互补。在一些实施例中，驱动第一开关管Q1至第四开关管Q4的方式遵循图腾柱无桥电路的各个开关管的导通与关断的正常逻辑。在另一些实施例中，驱动第一开关管Q1至第四开关管Q4的方式还可以是：
控制器25判断电源的电源电压VAC的正负极性，若电源的电源电压VAC位于正半周时，导通第四开关管Q4，关断第三开关管Q3，并且根据第二电流环路参考值iac_ref2与电感电流IAC驱动第一开关管Q1与第二开关管Q2。若电源的电源电压VAC位于负半周时，导通第三开关管Q3，关断第四开关管Q4，并且根据第二电流环路参考值iac_ref2与电感电流IAC驱动第一开关管Q1与第二开关管Q2。
此处，在驱动第一开关管Q1与第二开关管Q2时，首先，控制器25根据电感电流IAC、第二电流环路参考值iac_ref2以及电源电压VAC，计算出电流误差err。例如：若电源的电源电压VAC位于正半周，控制器25将有效电感电流IAC减去第二电流环路参考值iac_ref2，得到电流误差err＝IAC-iac_cmd。若电源的电源电压VAC位于负半周，控制器25将第二电流环路参考值iac_ref2减去有效电感电流IAC,得到电流误差err＝iac_cmd-IAC。
其次，控制器25根据电流误差err，计算出第一开关管Q1或第二开关管Q2作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，并且根据第一开关管Q1或第二开关管Q2作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，断开或闭合第一开关管Q1与第二开关管Q2。其中，当第一开关管Q1为主开关管时，第二开关管Q2为同步整流开关管，当第二开关管Q2为主开关管时，第一开关管Q1为同步整流开关管。
例如：当电源AC的电源电压VAC位于正半周时，第二开关管Q2作为主开关管并且主开关管的占空比为M，第一开关管Q1作为同步整流开关管并且同步整流开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动该主开关管，占空比为1-M驱动同步整流开关管。
当电源AC的电源电压VAC位于负半周时，第一开关管Q1作为主开关管并且主开关管的占空比为M，第二开关管Q2作为同步整流开关管并且同步整流开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动主开关管，占空比为1-M驱动同步整流开关管，其中，驱动第一开关管Q1的波形与驱动第二开关管Q2的波形之间互补，M为0至100％之间。
在电源AC正负半周的过零点切换时，站在软件控制逻辑的角度上看，图腾柱无桥电路21中的主开关管与同步整流开关管的控制逻辑不需要进行切换。例如，在第一个正半周处，第一开关管Q1作为同步整流开关管，第二开关管Q2作为主开关管，当第二开关管Q2的驱动信号由高电平变为低电平时，第一开关管Q1的驱动信号则由低电平为高电平。此时，顺延着第一个正半周后的第一个负半周，除了过零点区域对应的第一开关管Q1与第二开关管Q2的驱动信号为低电平外，第一开关管Q1开始进入高电平，第二开关管Q2开始进入低电平，因此，控制器25无需切换主开关管与同步整流开关管的控制逻辑，从而降低控制难度与节约软件资源。并且，在电源AC的正、负半周工作周期，使用同一电流环路的控制器，不需要不同的电流环路的控制器切换，节省控制器设计所需资源，同时环路输出连续无突变情况发生，提高环路稳定性。
在一些实施例中，为了提高功率因数，当控制器25计算出第一开关管Q1或第二开关管Q2作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比后，还可以通过前馈校正的方式，校正第一开关管Q1或第二开关管Q2作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，以使控制器25更加准确地控制第一开关管Q1或第二开关管Q2的工作状态。
如图4所示，控制器25包括：至少一个处理器251以及与所述至少一个处理器251通信连接的存储器253；其中，图4中以一个处理器251为例。处理器251和存储器252可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
其中，存储器252存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器251能够用于执行上述各个开关管的控制逻辑。
在本发明实施例中，通过在检测到电源的电源电压位于过零点区域时，断开第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，因此，其能够避免环路电流在过零点区域发生畸变的现象。并且，在检测到电源的电源电压未位于过零点区域时，根据电源的电源电压的正负极性，断开或闭合第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，因此，其能够完成图腾柱无桥电路的正常逻辑的控制。
在本发明实施例中、该控制器25可以应用于任何类型的电子设备中。
作为本发明实施例的另一方面，本发明实施例提供一种开关控制装置。该开关控制装置作为软件系统，其可以存储在图2与图3所阐述的控制器内。该开关控制装置包括若干指令，该若干指令存储于存储器内，处理器可以访问该存储器，调用指令进行执行，以完成图腾柱无桥电路的正常逻辑的控制。
该开关控制装置用于图腾柱无桥电路，图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；
如图5所示，该开关控制装置50包括：确定模块51、选择模块52以及第一驱动模块53。
确定模块51用于确定电流环路参考值与流经电感的电感电流，其中，电流环路参考值包括电源的电源电压位于过零点区域时所对应的第一电流环路参考值与电源电压未位于过零点区域时所对应的第二电流环路参考值，第一电流环路参考值小于第二电流环路参考值。
第一选择模块52用于在检测到电源的电源电压位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第一电流环路参考值。
第一驱动模块53用于根据第一电流环路参考值与电感电流，驱动第一开关管与第二开关管，其中，第一开关管与第二开关管的驱动波形互补。
综上，相对于传统技术，在电源电压超出位于过零点区域的临界值时，其能够缓慢地导通第一开关管或第二开关管，从而防止电流畸变。
在一些实施例中，如图6所示，确定模块51包括：获取单元511与第一计算单元512。
获取单元511用于获取预设参考电压与负载单元的负载电压。
第一计算单元512用于根据预设参考电压、负载单元的负载电压以及电源的电源电压，计算出第二电流环路参考值。
在一些实施例中，第一电流环路参考值为0。
在一些实施例中，如图7所示，该开关控制装置50还包括：第二选择模块54与第二驱动模块55。
第二选择模块54用于在检测到电源的电源电压未位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第二电流环路参考值。
第二驱动模块55用于根据第二电流环路参考值、电感电流以及电源的电源电压的正负极性，驱动第一开关管至第四开关管，其中，第三开关管与第四开关管的驱动波形互补。
在一些实施例中，如图8所示，第二驱动模块55包括：判断单元551、第一控制单元552、第二控制单元553以及第一驱动单元554。
判断单元551用于判断电源的电源电压的正负极性。
第一控制单元552用于若电源的电源电压位于正半周时，导通第四开关管，关断第三开关管。
第二控制单元553用于若电源的电源电压位于负半周时，导通第三开关管，关断第四开关管。
第一驱动单元554用于根据第二电流环路参考值与电感电流驱动第一开关管与第二开关管。
在一些实施例中，如图9所示，第一驱动单元554包括：第二计算子单元5541、第三计算子单元5542以及第一驱动子单元5543。
第二计算子单元5541用于根据电感电流、第二电流环路参考值以及电源电压，计算出电流误差。
第三计算子单元5542用于根据电流误差，计算出第一开关管或第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，其中，当第一开关管为主开关管时，第二开关管为同步整流开关管，当第二开关管为主开关管时，第一开关管为同步整流开关管。
第一驱动子单元5543用于根据第一开关管或第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，驱动第一开关管与第二开关管。
在一些实施例中，第二计算子单元5541还具体用于：判断电源电压的正负极性，若电源电压位于正半周，电流误差等于电感电流减去第二电流环路参考值的差值；若电源电压位于负半周，电流误差等于第二电流环路参考值减去电感电流的差值。
在一些实施例中，如图10所示，第一驱动单元554还包括：校正子单元5524，校正子单元5524用于校正第一开关管或第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比。
在一些实施例中，第一驱动子单元5543具体用于：当电源电压位于正半周时，第二开关管作为主开关管并且第二开关管的占空比为M，第一开关管作为同步整流开关管并且第一开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动第二开关管，占空比为1-M驱动第一开关管。当电源电压位于负半周时，第一开关管作为主开关管并且第一开关管的占空比为M，第二开关管作为同步整流开关管并且第二开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动第一开关管，占空比为1-M驱动第二开关管，其中，M为0至100％之间。
由于装置实施例和上述各个实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，装置实施例的内容可以引用上述各个实施例的，在此不赘述。
作为本发明实施例的又另一方面，本发明实施例提供一种开关控制方法，用于图腾柱无桥电路，图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联。
本发明实施例的开关控制方法的功能除了借助上述图5至图10所述的开关控制装置的软件系统来执行，其亦可以借助硬件平台来执行。例如：开关控制方法可以在合适类型具有运算能力的处理器的电子设备中执行，例如：单片机、数字处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等等。
下述各个实施例的开关控制方法对应的功能是以指令的形式存储在电子设备的存储器上，当要执行下述各个实施例的开关控制方法对应的功能时，电子设备的处理器访问存储器，调取并执行对应的指令，以实现下述各个实施例的开关控制方法对应的功能。
存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如上述实施例中的开关控制装置50对应的程序指令/模块(例如，图5至图10所述的各个模块和单元)，或者下述实施例开关控制方法对应的步骤。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行开关控制装置50的各种功能应用以及数据处理，即实现下述实施例开关控制装置50的各个模块与单元的功能，或者下述实施例开关控制方法对应的步骤的功能。
存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述程序指令/模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的开关控制方法，例如，执行下述实施例描述的图11至图16所示的各个步骤；也可实现附图5至图10所述的各个模块和单元的功能。
如图11所示，该开关控制方法60包括：
步骤61、确定电流环路参考值与流经所述电感的电感电流；
其中，电流环路参考值包括电源的电源电压位于过零点区域时所对应的第一电流环路参考值与电源电压未位于过零点区域时所对应的第二电流环路参考值，第一电流环路参考值小于第二电流环路参考值。
步骤62、在检测到电源的电源电压位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第一电流环路参考值。
步骤63、根据第一电流环路参考值与电感电流，驱动第一开关管与第二开关管，其中，第一开关管与第二开关管的驱动波形互补。
在本发明实施例中，相对于传统技术，在电源电压超出位于过零点区域的临界值时，其能够缓慢地导通第一开关管或第二开关管，从而防止电流畸变。
在一些实施例中，如图12所示，步骤61包括：
步骤611、获取预设参考电压与负载单元的负载电压；
步骤612、根据预设参考电压、负载单元的负载电压以及电源的电源电压，计算出第二电流环路参考值。
在一些实施例中，第一电流环路参考值为0。
在一些实施例中，如图13所示，该方法还包括：
步骤64、在检测到电源的电源电压未位于过零点区域时，选择电流环路参考值为第二电流环路参考值；
步骤65、根据第二电流环路参考值、电感电流以及电源的电源电压的正负极性，驱动第一开关管至第四开关管，其中，第三开关管与第四开关管的驱动波形互补。
在一些实施例中，如图14所示，步骤65包括：
步骤651、判断电源的电源电压的正负极性；
步骤652、若电源的电源电压位于正半周时，导通第四开关管，关断第三开关管；
步骤653、若电源的电源电压位于负半周时，导通第三开关管，关断第四开关管；
步骤654、根据第二电流环路参考值与电感电流驱动第一开关管与第二开关管。
在一些实施例中，如图15所示，步骤654包括：
步骤6541、根据电感电流、第二电流环路参考值以及电源电压，计算出电流误差；
步骤6542、根据电流误差，计算出第一开关管或第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比；
其中，当第一开关管为主开关管时，第二开关管为同步整流开关管，当第二开关管为主开关管时，第一开关管为同步整流开关管。
步骤6543、根据第一开关管或第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，驱动第一开关管与第二开关管。
在一些实施例中，如图16所示，步骤6541包括：
步骤65411、判断电源电压的正负极性；
步骤65412、若电源电压位于正半周，电流误差等于电感电流减去第二电流环路参考值的差值；
步骤65413、若电源电压位于负半周，电流误差等于第二电流环路参考值减去电感电流的差值。
在一些实施例中，如图17所示，步骤654还包括：
步骤6544、校正第一开关管或第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比。
在一些实施例中，如图18所示，步骤6543包括：
步骤65431、当电源的电源电压位于正半周时，按照占空比为M驱动主开关管，占空比为1-M驱动同步整流开关管；
第二开关管作为主开关管并且主开关管的占空比为M，第一开关管作为同步整流开关管并且同步整流开关管的占空比为1-M。
步骤65432、当电源的电源电压位于负半周时，按照占空比为M驱动主开关管，占空比为1-M驱动同步整流开关管；
第一开关管作为主开关管并主开关管的占空比为M，第二开关管作为同步整流开关管并且同步整流开关管的占空比为1-M，
其中，驱动第一开关管的波形与驱动第二开关管的波形之间互补，M为0至100％之间。
作为本发明实施例的又另一方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使电子设备设备执行如上任一项所述的开关控制方法，例如执行上述任意方法实施例中的开关控制方法，例如，执行上述任意装置实施例中的开关控制装置。
在本发明实施例中，通过在检测到电源的电源电压位于过零点区域时，断开第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，因此，其能够避免环路电流在过零点区域发生畸变的现象。并且，在检测到电源的电源电压未位于过零点区域时，根据电源的电源电压的正负极性，断开或闭合第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，因此，其能够完成图腾柱无桥电路的正常逻辑的控制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种开关控制方法，用于图腾柱无桥电路，所述图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；
其特征在于，所述方法包括：
确定电流环路参考值与流经所述电感的电感电流，其中，所述电流环路参考值包括所述电源的电源电压位于过零点区域时所对应的第一电流环路参考值与所述电源电压未位于过零点区域时所对应的第二电流环路参考值，所述第一电流环路参考值小于所述第二电流环路参考值；
在检测到所述电源的电源电压位于过零点区域时，选择所述电流环路参考值为第一电流环路参考值；
根据所述第一电流环路参考值与所述电感电流，驱动所述第一开关管与所述第二开关管，其中，所述第一开关管与所述第二开关管的驱动波形互补。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定电流环路参考值，包括：
获取预设参考电压与所述负载单元的负载电压；
根据所述预设参考电压、所述负载单元的负载电压以及所述电源的电源电压，计算出第二电流环路参考值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电流环路参考值为0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在检测到所述电源的电源电压未位于过零点区域时，选择所述电流环路参考值为第二电流环路参考值；
根据所述第二电流环路参考值、所述电感电流以及所述电源的电源电压的正负极性，驱动所述第一开关管至所述第四开关管，其中，所述第三开关管与所述第四开关管的驱动波形互补。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二电流环路参考值、所述电感电流以及所述电源的电源电压的正负极性，驱动所述第一开关管至所述第四开关管，包括：
判断所述电源的电源电压的正负极性；
若所述电源的电源电压位于正半周时，导通所述第四开关管，关断所述第三开关管；
若所述电源的电源电压位于负半周时，导通所述第三开关管，关断所述第四开关管；
根据所述第二电流环路参考值与所述电感电流驱动所述第一开关管与所述第二开关管。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二电流环路参考值与所述电感电流驱动所述第一开关管与所述第二开关管，包括：
根据所述电感电流、所述第二电流环路参考值以及所述电源电压，计算出电流误差；
根据所述电流误差，计算出所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，其中，当所述第一开关管为主开关管时，所述第二开关管为同步整流开关管，当所述第二开关管为主开关管时，所述第一开关管为同步整流开关管；
根据所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，驱动所述第一开关管与所述第二开关管。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述电感电流、所述第二电流环路参考值以及所述电源电压，计算出电流误差，包括：
判断所述电源电压的正负极性；
若所述电源电压位于正半周，所述电流误差等于所述电感电流减去所述第二电流环路参考值的差值；
若所述电源电压位于负半周，所述电流误差等于所述第二电流环路参考值减去所述电感电流的差值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在根据所述电流误差，计算出所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比后，所述根据所述第二电流环路参考值与所述电感电流驱动所述第一开关管与所述第二开关管，还包括：
校正所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比。
9.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一开关管或所述第二开关管作为主开关管或同步整流开关管时对应的占空比，驱动所述第一开关管与所述第二开关管，包括：
当所述电源电压位于正半周时，所述第二开关管作为主开关管并且所述第二开关管的占空比为M，所述第一开关管作为同步整流开关管并且所述第一开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动所述第二开关管，占空比为1-M驱动所述第一开关管；
当所述电源电压位于负半周时，所述第一开关管作为主开关管并且所述第一开关管的占空比为M，所述第二开关管作为同步整流开关管并且所述第二开关管的占空比为1-M，按照占空比为M驱动所述第一开关管，占空比为1-M驱动所述第二开关管；
其中，M为0至100％之间。
10.一种控制器，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够用于执行如权利要求1至9任一项所述的开关控制方法。
11.一种图腾柱无桥系统，包括图腾柱无桥电路，所述图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；
其特征在于，所述图腾柱无桥系统还包括：
第一电压采样电路，其用于与所述电源并联，用于采样所述电源的电源电压；
电流采样电路，其用于连接在所述电源与所述电感之间，用于采样流经所述电感的电感电流；
第二电压采样电路，其用于与所述负载单元并联，用于采样所述负载单元的负载电压；
如权利要求10所述的控制器，其分别与所述第一电压采样电路、所述电流采样电路、所述第二电压采样电路连接。
12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求10所述的控制器。
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