CN107577217A - 一种交错并联控制逻辑电路及快速保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交错并联控制逻辑电路，包括N个模拟控制模块，其特征在于利用上升沿错相1/N个开关周期的固定占空比的周期信号作为各模块的上升沿触发事件信号，以实现交错并联控制的N路PWM信号，其中N为正整数。本发明适用对象为具有多个由触发事件触发产生模拟PWM信号上、下边沿的PWM模块，或者是能够实现相同模拟PWM产生方式的其他模块的单片机。本发明同时还公开了一种交错并联控制逻辑电路的快速保护方法，其特征在于利用具备触发事件自动保护功能的模拟PWM模块的其他路输出信号，以控制不具备触发事件自动保护功能的其他模拟控制模块的输出信号，从而实现快速保护功能。

Description

一种交错并联控制逻辑电路及快速保护方法

技术领域

本发明涉及电子信息技术，尤其涉及交错并联控制技术，具体地说是一种交错并联控制逻辑电路及快速保护方法。

背景技术

随着电子信息技术的发展，并联供电的方式在通信电源、航空等领域中的应用越来越广泛。交错并联控制技术是并联控制方式的一种。N相交错并联是指各相并联工作，开关频率相同，但起始导通相位角错开1/N个开关周期。交错并联技术的应用可以减小总的电压、电流纹波，提高输出电流的纹波频率，极大地降低对滤波器和磁性元件的要求，有效提高整个系统的功率密度。同时滤波器容量的减小，可以提高整个系统的动态响应特性。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，目前已广泛应用于智能仪器，工业控制，家用电器，网络通信，设备领域，模块化系统，汽车电子等各个领域。在开关电源领域，受限于PWM分辨率，AD分辨率以及时钟频率等，很多单片机仍采用模拟控制的方式以实现“无限分辨率”的PWM信号。这类单片机的PWM产生方式有多种，其中包括利用单片机内部其它外设输出信号，或者外部输入信号控制PWM上、下边沿产生，以实现模拟控制的方式。此类模拟PWM产生方式的模块原理框图如图1所示。其工作方式为模拟PWM信号的上升沿由若干可选的触发源信号控制产生，模拟PWM信号的下降沿同样由若干可选的触发源信号控制产生。输出模式控制寄存器用于控制模拟PWM信号的输出模式，例如相同输出模式，全桥输出模式，半桥输出模式，推挽模式等，以实现对不同电路拓扑的控制。

模拟PWM模块的工作波形如图2所示，输出模式选择相同模式，即各路输出信号相同。在开关电源的实际应用场合中，上升沿触发源选择单片机内部数字PWM模块产生的固定占空比的周期信号，以确定模拟PWM信号的周期,在开关电源应用场合中需选择边沿触发有效。下降沿触发源选择内部模拟比较器的输出信号或者其它外部模拟器件的输出信号等，在开关电源应用场合中需选择电平触发有效，以低电平有效为例。下降沿触发事件的输出信号用于控制PWM信号的占空比。

此类单片机如果只有一个如上所述由触发事件触发上、下边沿的模拟PWM模块，或者具有多个此类模块，但无法直接实现移相的功能，则无法实现交错并联控制技术。因此，本发明针对此类单片机提出一种实现交错并联控制方案的技术。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种交错并联控制逻辑电路。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种交错并联控制逻辑电路，包括N个模拟控制模块，其特征在于利用N个上升沿分别错相1/N个开关周期的固定占空比的周期信号作为各模拟控制模块的上升沿触发事件信号，以实现交错并联控制的N路PWM信号，其中N为正整数。

本发明适用对象为具有多个由触发事件触发产生模拟控制信号上、下边沿的PWM模块，或者是能够实现相同模拟PWM产生方式的其他模块（如D触发器模块，RS触发器模块等）的单片机。

根据本发明，所述的模拟控制模块包括模拟PWM模块，或者具有多个能够实现相同模拟PWM产生方式的模块的单片机。

根据本发明，所述能够实现相同模拟PWM产生方式的模块包括D触发器模块或RS触发器模块等。

根据本发明，各模块上升沿触发事件信号的产生方式为：单片机的数字PWM模块能够直接产生N路错相的周期信号作为模拟控制模块的上升沿触发事件信号。

根据本发明，各模块上升沿触发事件信号的产生方式为：单片机产生同相的占空比分别为1/N，2/N ，……，（N-1）/N的周期信号，上述周期信号各自的互补信号作为除模块1以外的各模拟控制模块的上升沿触发事件信号；模块1的上升沿触发事件信号为无移相的占空比为1/N的周期信号。

根据本发明，各模块上升沿触发事件信号的产生方式为：配置定时器周期为1/N个PWM周期，并在定时器中断中分别依次产生各模拟控制模块的上升沿触发信号。

本发明还要提供一种交错并联控制逻辑电路的快速保护方法，其特征在于：

利用具备触发事件自动保护功能的模拟PWM模块的其他路输出信号，以控制不具备触发事件自动保护功能的其他模拟控制模块的输出信号，从而实现快速保护功能。

根据本发明，其他模拟控制模块的输出信号受控于模拟PWM模块，在模拟PWM模块输出未恢复时，其他模拟控制模块同样无法正常输出。

附图说明

图1是触发事件控制实现模拟PWM模块的原理框图。

图2是触发事件控制实现模拟PWM模块的工作波形图。

图3是本发明两相交错并联实现方式的示意图。

图4是本发明N相交错并联时各相PWM上升沿触发事件信号的工作波形。

图5是本发明带RESET功能D触发器的结构框图。

图6是本发明D触发器工作波形图。

图7是本发明模拟PWM模块与D触发器模块实现交错并联控制的工作波形图。

图8是本发明D触发器控制相快速保护实现框图。

图9是本发明D触发器控制相快速保护工作波形图。

具体实施方式

本发明的一种交错并联控制逻辑电路，其适用对象为具有多个由触发事件触发产生模拟PWM信号上、下边沿的模块的单片机。包括具有多个模拟PWM模块，或者具有多个能够实现相同模拟PWM产生方式的其他模块的单片机。其中一般能够实现模拟PWM产生方式的模块有D触发器模块，RS触发器模块等。其两相和多相并联实现方式如下：

A. 两相交错并联实现方式

如图3所示，模块1与模块2为单片机中能够实现由触发事件触发产生上、下边沿并由此产生模拟PWM信号的模块。模块1的上升沿触发事件为单片机内部数字PWM模块产生的固定占空比的周期信号，模块2的上升沿触发事件为模块1上升沿触发事件信号的互补信号。模块1与模块2的下降沿触发事件各自独立。本发明的基本原理为控制互补周期信号的占空比以调整两个模块的输出信号间的移相角。当互补周期信号的占空比D设置为0.5时，移相角则为180°，即实现了两相交错并联控制。

B.N相交错并联实现方式

当单片机具有N个如上模拟PWM信号产生方式的模块时，理论上能够实现N相交错并联控制。各个模块的上升沿触发事件波形如图4所示。其基本原理为根据交错并联各相错相1/N个开关周期的定义，利用上升沿错相1/N个开关周期的固定占空比的周期信号作为各模块的上升沿触发事件信号，以实现交错并联控制的N路PWM信号。

各模块上升沿触发事件信号的产生方式有：

1） 单片机直接能够产生N路错相的上升沿触发事件信号（数字PWM模块产生）；

2） 单片机产生同相的占空比分别为1/N，2/N ……，（N-1）/N的周期信号。鉴于多数单片机能够产生互补信号，上述周期信号各自的互补信号作为各模块的上升沿触发事件信号（模块1除外，为无移相的占空比为1/N的周期信号）；

3） 配置定时器周期为1/N个PWM周期，并在定时器中断中分别依次产生各模块的上升沿触发信号。

本发明的一种交错并联控制的实现方式如下：

A.交错并联控制实现方式

以实现两相交错并联控制为例。其中一相由单片机内部模拟PWM模块控制，另一相由单片机内部其它能够实现模拟控制的模块控制。本例中以带RESET功能的D触发器为例。如图5所示。D触发器的工作方式为：当R输入端信号为低电平时，输出端Q的信号等于CLK输入端信号上升沿时刻D输入端的信号，并保持至下个CLK上升沿。当R输入端信号为高电平时，不管CLK输入端信号与D输入端信号的状态，输出端Q的信号立即变为低电平。因此，D触发器的上升沿触发事件引脚为CLK信号输入端，下降沿触发事件引脚为RESET信号输入端。

在实际实现开关电源模拟控制方案时，D触发器的工作波形如图6所示。D输入端保持为高电平，CLK输入端信号为等于开关频率的固定占空比的周期信号，R端输入信号为模拟控制比较器输出信号等占空比控制信号，则输出端Q的信号为所需开关频率的模拟控制占空比的PWM信号。

结合模拟PWM模块与D触发器模块产生交错并联控制信号的方案工作波形如图7所示。模拟PWM模块输出信号的上升沿触发事件选择单片机内部数字PWM模块产生的周期信号，模拟PWM模块输出信号的下降沿触发事件选择单片机内部模拟比较器输出信号C1OUT。D触发器CLK输入端信号选择内部数字PWM模块输出信号的互补信号（也可用如工作原理中其它方式实现信号作为其输入信号），D触发器的R输入端信号选择内部比较器输出信号C2OUT，D触发器D输入端信号选择单片机内部高电平信号。如图7所示，当数字PWM模块输出信号占空比D为0.5时，可实现模拟PWM模块输出信号与D触发器输出信号之间错相180°，从而实现交错并联控制。

B.其它模拟控制模块控制相快速保护实现方式

一般模拟PWM模块能够选择相应的触发事件自动关闭模块输出。相对于利用程序检测故障关闭的方式，自动关闭方式能够实现更快速的故障保护功能。而用其他模块实现模拟控制时，由于其没有相应的自动关闭功能，因此利用其他模块控制的相，相较于利用模拟PWM模块控制的相经受故障时间更长。本发明提出一种利用模拟PWM模块其它输出端的输出信号实现其它模拟控制模块的输出快速关闭（输出保持低电平）的方案。

一般模拟PWM模块能够将模拟PWM信号以不同模式输出，以实现对不同拓扑电路的控制。选择输出模式为：PWMA为正常的模拟PWM控制信号，PWMB为始终为高电平的信号。PWMA为模拟PWM控制相的控制信号。PWMB用于实现其他模拟控制模块的快速关闭。模拟PWM模块的自动关闭触发事件发生后，PWMA与PWMB立即输出低电平。模拟PWM模块自动关闭后，即使自动触发事件从故障状态恢复，PWMA与PWMB输出也不会恢复，需软件清除相应标志位后才能恢复输出。

图8为利用模拟PWM模块的输出信号PWMB实现D触发器输出快速关闭的原理框图。为模拟PWM模块中输出保持为高电平的输出信号PWMB的相反信号。C2OUT为单片机内部比较器输出信号。与C2OUT经过“或”门运算后的信号作为D触发器R输入端的输入信号。由于在正常工作期间PWMB保持为高电平，因此可作为D触发器的D输入端。D触发器CLK输入端信号为单片机数字PWM模块输出信号的互补信号。

D触发器控制相快速保护实现方式的工作波形如图9所示。模拟PWM模块自动关闭事件未发生时，或门的输出信号与C2OUT信号相同。当自动关闭事件发生后，PWMA与PWMB立即变为低电平。此时由于变为高电平，或门的输出也立即跳变为高电平，即D触发器R输入端信号立即变为高电平，从而实现了D触发器控制相的快速保护（D触发器输出低电平）。PWM1与PWM2输出变为低电平后，故障信号会由于电路停止工作而恢复，内部比较器C2OUT同时会保持为低。此时由于模拟PWM模块不会自动恢复，因此信号保持为高电平。即D触发器模块在模拟PWM模块恢复前同样不会自动恢复输出。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种交错并联控制逻辑电路，包括N个模拟控制模块，其特征在于利用上升沿错相1/N个开关周期的固定占空比的周期信号作为各模块的上升沿触发事件信号，以实现交错并联控制的N路PWM信号，其中N为正整数。

2.如权利要求1所述的一种交错并联控制逻辑电路，其特征在于所述的模拟控制模块包括模拟PWM模块，或者具有多个能够实现相同模拟PWM产生方式的模块的单片机。

3.权利要求2所述的一种交错并联控制逻辑电路，其特征在于所述能够实现相同模拟PWM产生方式的模块包括D触发器模块或RS触发器模块。

4.权利要求2所述的一种交错并联控制逻辑电路，其特征在于各模块上升沿触发事件信号的产生方式为单片机的数字PWM模块直接产生N路错相的上升沿触发事件信号。

5.权利要求2所述的一种交错并联控制逻辑电路，其特征在于各模块上升沿触发事件信号的产生方式为：单片机产生同相的占空比分别为1/N，2/N ，……，（N-1）/N的周期信号，上述周期信号各自的互补信号作为除模块1以外的各模块的上升沿触发事件信号；模块1的上升沿触发事件信号为无移相的占空比为1/N的周期信号。

6.权利要求2所述的一种交错并联控制逻辑电路，其特征在于各模块上升沿触发事件信号的产生方式为：配置定时器周期为1/N个PWM周期，并在定时器中断中分别依次产生各模块的上升沿触发信号。

7.一种如权利要求1~6任何一项所述的一种交错并联控制逻辑电路的快速保护方法，其特征在于：利用具备触发事件自动保护功能的模拟PWM模块的其他路输出信号，以控制不具备触发事件自动保护功能的其他模拟控制模块的输出信号，从而实现快速保护功能。