CN110504828B - 控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种控制电路及控制方法，其中控制电路包括：信号检测单元、ZCD信号获取单元、信号选择单元、频率限制单元和PWM控制信号发生单元；其中，信号检测单元、ZCD信号获取单元、信号选择单元、频率限制单元和PWM控制信号发生单元依次连接。本申请提供的控制电路及控制方法，减小了对ZCD信号处理的延迟，提高了PFC系统信号处理的准确性。

Description

控制电路及控制方法
技术领域
本申请涉及电路领域，尤其涉及一种控制电路及控制方法。
背景技术
随着电子技术的高速发展，供电设备的功率不断增大、降低谐波电流的标准不断普及，如今电源设计中越来越多的使用功率因数校正PFC变换器用以提高用电设备的功率因数。传统的有桥PFC变换器由于其简单的电路结构和低的共模噪声干扰被广泛应用在AC/DC功率级前端。然而，由于整流桥的存在，能量的传递路径经由较多的半导体器件会造成很高导通和开关损耗。
为了减少PFC电路中开关管的损耗，无桥式PFC开始被应用于实际产品。应用无桥式PFC所面临的突出问题是交流电压相位的检测，以及当PFC电感电流工作于临界断续模式的时候，零电流检测(简称为ZCD)的问题。
现有技术中，通过检测PFC电路输入端的电感，从而得到输入PFC电路的交流电的电压，并提取电压的过零检测信号后，将过零检测信号送入DSP/MCU，由DSP/MCU通过数字信号处理的方式对过零检测信号进行处理依次执行判断输入电压的相位、选择过零检测信号，再将过零检测信号进行限制频率处理等操作，从而输出对PFC电路开关管的控制信号。
现有技术中，DSP/MCU处理ZCD信号、限制频率处理等操作，对DSP/MCU的性能要求较高，尤其是当应用在高频领域时，DSP/MCU对高频ZCD信号的处理会存在较大的信号延迟，严重时会影响PFC所在的整个系统信号处理的准确性。
发明内容
本申请提供一种控制电路及控制方法，减小了对ZCD信号处理的延迟，提高了PFC系统信号处理的准确性。
本申请提供一种控制电路，包括：
信号检测单元、ZCD信号获取单元、信号选择单元、频率限制单元和PWM控制信号发生单元；所述信号检测单元、所述ZCD信号获取单元、所述信号选择单元、所述频率限制单元和所述PWM控制信号发生单元依次连接；
所述信号检测单元，还连接一AC/DC变换器的一交流侧电感，用于检测所述交流侧电感的电压，并输出一电感电压检测信号，其中所述电感电压检测信号有交流信号；
所述ZCD信号获取模块单元，接收所述电感电压检测信号，生成所述交流侧电感电压的过零检测信号，并将所述过零检测信号向所述信号选择单元输出；
所述信号选择单元，接收所述过零检测信号，并根据所述过零检测信号生成电感电压频率指示信号，并将所述电感电压频率指示信号向所述频率限制单元输出；
所述频率限制单元，接收所述电感电压频率指示信号，根据预设频率阈值的脉冲信号生成频率不大于所述预设频率阈值的一ZCD触发信号；以及
所述PWM控制信号发生单元，接收所述ZCD触发信号，以使所述PWM控制信号发生单元根据所述ZCD触发信号生成所述AC/DC变换器的PWM控制信号。
在本申请一实施例中，所述信号检测单元、所述ZCD信号获取单元、所述信号选择单元和所述频率限制单元均为模拟电路。
在本申请一实施例中，所述频率限制模块，被配置成：所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号均为高电平时产生所述ZCD触发信号的第一边沿信号；在所述预设频率阈值的脉冲信号为高电平期间，所述ZCD触发信号不翻转；
所述预设频率阈值的脉冲信号的下降沿到来时，若所述电感电压频率指示信号为低电平，则所述ZCD触发信号翻转以输出所述ZCD触发信号的第二边沿信号，若所述电感电压频率指示信号为高电平，则所述ZCD触发信号在所述电感电压频率指示信号的下一个下降沿到来时翻转以输出所述ZCD触发信号的第二边沿信号。
在本申请一实施例中，所述第一边沿信号为高电平，所述第二边沿信号为低电平。
在本申请一实施例中，所述频率限制单元包括第一逻辑或门运算器；
所述第一逻辑或门运算器的两个输入端分别接收所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号，所述第一逻辑或门运算器对所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号进行或运算，所述第一逻辑或门运算器的输出端输出所述ZCD触发信号。
在本申请一实施例中，所述第一边沿信号为低电平，所述第二边沿信号为高电平。
在本申请一实施例中，所述频率限制单元为逻辑或非门运算器；
所述逻辑或非门运算器的两个输入端分别接收所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号，所述逻辑或非门运算器对所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号进行或非运算，所述逻辑或非门运算器的输出端输出所述ZCD触发信号。
在本申请一实施例中，所述过零检测信号包括：所述电压的相位信号。
在本申请一实施例中，所述信号选择单元包括：第一逻辑与门运算器、第一逻辑与非门或者非门运算器、第二逻辑与非门或者非门运算器、第二逻辑与门运算器和第二逻辑或门运算器；
所述第一逻辑与门运算器的第一输入端、所述第二逻辑与非门或者非门运算器的第一输入端和第二输入端接收所述过零检测信号，所述第一逻辑与门运算器的第二输入端、所述第一逻辑与非门或者非门运算器的第一输入端和第二输入端接收交流电电压的相位参考信号，所述第一逻辑与非门或者非门运算器的输出端和所述第二逻辑与非门或者非门运算器的输出端分别连接所述第二逻辑与门运算器的第一输入端和第二输入端，所述第一逻辑与门运算器的输出端和所述第二逻辑与门运算器的输出端分别连接所述第二逻辑或门运算器的第一输入端和第二输入端，所述第二逻辑或门运算器的输出端向所述频率限制单元输出ZCD触发信号。
在本申请一实施例中，所述ZCD信号获取单元包括：包括：第一绕组、第二绕组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和比较器；
所述第一绕组和所述第二绕组设置在所述PFC电路输入端的电感上，用于通过所述电感的电压获取所述PFC电路输入交流电的电压，所述第一绕组的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端和所述比较器的负极输入端，所述第一绕组的第二端连接所述第二绕组的第一端、所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第二电阻的第二端和所述第四电阻的第一端，所述第二绕组的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第二电容的第二端、所述第四电阻的第二端和所述比较器的正极输入端，所述比较器的输出端所述过零检测信号输出至所述信号选择单元。
在本申请一实施例中，所述过零检测信号包括：所述电压的正半周期电压信号和负半周期电压信号。
在本申请一实施例中，所述PWM控制信号发生单元为数字处理器。
本申请还提供一种控制方法，包括：
检测所述交流侧电感的电压；
根据所述交流侧电感的电压生成所述交流侧电感电压的过零检测信号；
根据所述过零检测信号生成电感电压频率指示信号；
根据预设频率阈值的脉冲信号生成频率不大于所述预设频率阈值的一ZCD触发信号；
根据所述ZCD触发信号生成所述AC/DC变换器的PWM控制信号。
本申请提供一种控制电路及控制方法，其中控制电路包括：信号检测单元、ZCD信号获取单元、信号选择单元、频率限制单元和PWM控制信号发生单元；信号检测单元、ZCD信号获取单元、信号选择单元、频率限制单元和PWM控制信号发生单元依次连接；信号检测单元，还连接一AC/DC变换器的一交流侧电感，用于检测交流侧电感的电压，并输出一电感电压检测信号，其中电感电压检测信号有交流信号；ZCD信号获取模块单元，接收电感电压检测信号，生成交流侧电感电压的过零检测信号，并将过零检测信号向信号选择单元输出；信号选择单元，接收过零检测信号，并根据过零检测信号生成电感电压频率指示信号，并将电感电压频率指示信号向频率限制单元输出；频率限制单元，接收电感电压频率指示信号，根据预设频率阈值的脉冲信号生成频率不大于预设频率阈值的一ZCD触发信号；以及PWM控制信号发生单元，接收ZCD触发信号，以使PWM控制信号发生单元根据ZCD触发信号生成AC/DC变换器的PWM控制信号。本申请提供的控制电路及控制方法，减小了对过零检测信号处理的延迟，提高了PFC系统信号处理的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为现有技术PFC系统一实施例的电路结构示意图；
图1B为现有技术PFC系统一实施例的电路结构示意图；
图1C为现有技术PFC系统一实施例的电路结构示意图；
图2为现有无桥PFC控制电路的结构示意图；
图3为本申请控制电路实施例一的结构示意图；
图4为本申请控制电路实施例二的结构示意图；
图5为本申请频率限制单元实施例一的结构示意图；
图6为本申请频率限制单元实施例一的信号时序示意图；
图7为本申请频率限制单元实施例二的结构示意图；
图8为本申请频率限制单元实施例二的信号时序示意图；
图9为本申请频率限制单元对频率限制的信号时序示意图；
图10为本申请工频正弦半周内角度与工作频率的关系示意图；
图11为本申请控制电路实施例三的结构示意图；
图12为本申请控制电路实施例三的电感电压检测信号和过零检测信号时序示意图；
图13为本申请控制电路实施例三的电感电压频率指示信号时序示意图；
图14为本申请控制电路实施例三的ZCD触发信号时序示意图；
图15为本申请信号检测单元实施例一的结构示意图；
图16为本申请信号检测单元实施例二的结构示意图；
图17为本申请信号检测单元实施例三的结构示意图；
图18为本申请ZCD信号获取单元实施例一的结构示意图；
图19为本申请ZCD信号获取单元实施例二的结构示意图；
图20为本申请ZCD信号获取单元实施例三的结构示意图；
图21为本申请ZCD信号获取单元实施例四的结构示意图；
图22为本申请信号选择单元实施例一的结构示意图；
图23为本申请信号选择单元实施例二的结构示意图；
图24为本申请信号选择单元实施例三的结构示意图；
图25为本申请信号选择单元实施例四的结构示意图；
图26为本申请信号选择单元获取相位信号实施例一的原理示意图；
图27为本申请信号选择单元获取相位信号实施例二的原理示意图；
图28为本申请控制方法实施例一的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1A-图1C为现有技术PFC系统的电路结构示意图。其中，如图1A所示的传统的Boost PFC变换器由于其简单的电路结构和低共模EIM噪声干扰被广泛应用在AC/DC功率级前端。但是由于传统PFC变换器存在整流桥，能量通过三颗半导体器件形成传递路径，使得电感L1承受输入交流电整流后的Half-sinusoid Vac，由此造成了较高导通和开关损耗。
为了满足当今对电源产品高效率和高功率密度的发展方向，提高Boost PFC变换器性能，bridgeless PFC得以发展，其由于没有整流桥，能量传递半导体器件数量减少，效率得以提高。如图1B所示的为Bi-directional switch bridgeless PFC，图1C所示为Totem-pole bridgeless PFC，其中，两种bridgeless PFC的电感L1承受的是未经整流的Vac电压，电感的能量随输入交流电压Vac正负变化，而且需要控制的开关功率器件更多，因而会造成电感电流电压检测和控制方面相比传统Boost PFC更复杂。
具体地，图2为现有无桥PFC控制电路的结构示意图，应用于控制图1B和图1C的电路。其中，通过辅助绕组Laux检测PFC电感L的电压信号，并将电感电压信号经过信号处理获取ZCD信号后，将L承受的交流电压Vac的正向ZCD信号和负向ZCD信号向IC Controller输出。IC Controller可以是DSP/MCU等计算处理器件。由IC Controller判断电感L承受电压的相位、根据相位选择读取输入的正向或负向ZCD信号，并对读取的ZCD信号做限制频率处理。最终根据限频后的信号生成PWM控制信号，用于控制开关管Q1和Q2的导通与关断。
但是，采用现有的控制电路，对于电感电压ZCD信号进行的选择、频率限制以及生成PWM控制信号都是由IC Controller的处理器实现，由于现有的处理器会对信号造成很大的延迟，尤其是在高频领域应用时，对于开关管控制的延迟，会对整个系统的控制的快速性、精确性控制产生不良影响。
因此，为了解决现有技术中存在的上述问题，本申请提出了一种控制电路，通过模拟电路的形式实现部分现有技术中由处理器实现的功能，以减小对过零检测信号处理的延迟，提高了PFC系统信号处理的准确性。下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
具体地，图3为本申请控制电路实施例一的结构示意图。如图3所示的实施例一中，控制电路包括：信号检测单元1、ZCD信号获取单元2、信号选择单元3、频率限制单元4和PWM控制信号发生单元5。
其中，信号检测单元1、ZCD信号获取单元2、信号选择单元3、频率限制单元4和PWM控制信号发生单元5依次连接。
信号检测单元1还连接一AC/DC变换器的一交流侧电感，用于检测交流侧电感的电压，并输出一电感电压检测信号，其中电感电压检测信号有交流信号。可选地，本实施例中的电感为bridgeless PFC的输入电感。
ZCD信号获取单元2接收信号检测单元1的电感电压检测信号，并根据电感电压检测信号生成交流侧电感电压的过零检测信号，并将过零检测信号向信号选择单元3输出。
信号选择单元3接收ZCD信号获取单元2发送的过零检测信号，根据过零检测信号生成电感电压频率指示信号，并将电感电压指示信号向频率限制单元4输出。
频率限制单元4接收信号选择单元3发送的电感电压频率指示信号，根据预设频率阈值的脉冲信号生成频率不大于预设频率阈值的一ZCD触发信号，并向PWM控制信号发生单元5发送ZCD触发信号。
PWM控制信号发生单元5接收频率限制单元4发送的ZCD触发信号，并根据ZCD触发信号生成AC/DC变换器的PWM控制信号。可选地，本实施例中PWM控制信号发生单元5可以是数字处理器。
可选地，本实施例中的信号检测单元1、ZCD信号获取单元2、信号选择单元3和频率限制单元4均为模拟电路。
综上，本实施例提供的控制电路，将电感电压的检测、ZCD信号获取和选择、ZCD信号频率限制以不同单元的方式结合在一起，并一起进行预处理后，只向PWM控制信号发生单元输出一个单一的ZCD触发信号，使得PWM控制信号发生单元根据ZCD触发信号生成PWM控制信号。与现有技术中，电感电压ZCD信号进行的选择、频率限制以及生成PWM控制信号都是由处理器实现相比，简化了处理器的信号处理流程，消除了输出控制信号的延迟，降低了对处理器性能的要求，进而提高了PFC系统信号处理的准确性，满足整个PFC系统控制的要求。
进一步地，图4为本申请控制电路实施例二的结构示意图。如图4所示的实施例二中的控制电路在图3所示的实施例基础上，频率限制单元被配置成：预设频率阈值的脉冲信号和电感电压频率指示信号均为高电平时产生ZCD触发信号的第一边沿信号；在预设频率阈值的脉冲信号为高电平期间，ZCD触发信号不翻转；而在预设频率阈值的脉冲信号的下降沿到来时，若电感电压频率指示信号为低电平，则ZCD触发信号翻转以输出ZCD触发信号的第二边沿信号，若电感电压频率指示信号为高电平，则ZCD触发信号在电感电压频率指示信号的下一个下降沿到来时翻转以输出ZCD触发信号的第二边沿信号。
上述实施例一种可能的实现方式为：第一边沿信号为高电平，第二边沿信号为低电平。
具体地，图5为本申请频率限制单元实施例一的结构示意图。如图5所示，本实施例的频率限制单元包括：第一逻辑或门运算器。其中，第一逻辑或门运算器的两个输入端分别接收预设频率阈值的脉冲信号fmax和电感电压频率指示信号VZCD，第一逻辑或门运算器对预设频率阈值的脉冲信号和电感电压频率指示信号进行或运算，第一逻辑或门运算器的输出端输出ZCD触发信号flimit。其中，第一逻辑或门的一个输入端接收的是PWM控制信号发生单元(即图中的IC Controller)发送的预设频率阈值的脉冲信号，另一个输入端接收的是信号选择单元输出的电感电压频率指示信号，并将两个信号进行或门运算后，向PWM控制信号发生单元输出ZCD触发信号。
具体地，图6为本申请频率限制单元实施例一的信号时序示意图。其中，fmax为PWM控制信号发生单元发出的预设频率阈值的脉冲信号，VZCD为电感电压频率指示信号，VZCD与fmax进行或逻辑运算后，输出ZCD触发信号flimit。可选地，PWM的脉冲宽度为Loop Control计算结果，由输入电压和输出负载决定。其中，t2时刻，预设频率阈值的脉冲信号fmax和电感电压频率指示信号VZCD均为高电平，产生ZCD触发信号flimit的第一边沿信号；在预设频率阈值的脉冲信号fmax为高电平期间，ZCD触发信号flimit不翻转维持高电平；在t3时刻，预设频率阈值的脉冲信号fmax的下降沿到来，此时电感电压频率指示信号VZCD为低电平，ZCD触发信号flimit翻转以输出ZCD触发信号的第二边沿信号。若此时电感电压频率指示信号VZCD为高电平，以t5时刻为例，则此时ZCD触发信号flimit继续维持高电平，直到电感电压频率指示信号VZCD的下一个下降沿到来时，即t6时刻，ZCD触发信号flimit翻转以输出ZCD触发信号的第二边沿信号。此实施例方式中的第一边沿信号为高电平，第二边沿信号为低电平。
另一种可能的实现方式为：第一边沿信号为低电平，第二边沿信号为高电平。具体地，图7为本申请频率限制单元实施例二的结构示意图。如图7所示，本实施例的频率限制单元包括：逻辑或非门运算器。其中，逻辑或非门运算器的两个输入端分别接收预设频率阈值的脉冲信号fmax和电感电压频率指示信号VZCD，逻辑或非门运算器对预设频率阈值的脉冲信号和电感电压频率指示信号进行或非运算，逻辑或非门运算器的输出端输出ZCD触发信号flimit。其中，逻辑或非门运算器的一端接收的是PWM控制信号发生单元(即图中的ICController)发送的预设频率阈值的脉冲信号，另一端接收的是信号选择单元的电感电压频率指示信号，并将两个信号进行逻辑或非运算后，向PWM控制信号发生单元输出ZCD触发信号。
图8为本申请频率限制单元实施例二的信号时序示意图，同样地，fmax为PWM控制信号发生单元发出的预设频率阈值的脉冲信号，VZCD为电感电压频率指示信号，VZCD与fmax进行或非逻辑运算后，输出ZCD触发信号flimit，并将flimit的下降沿做为限频的有效信号。可选地，PWM的脉冲宽度为Loop Control计算结果，由输入电压和输出负载决定。图8所示的原理与图6所示的原理除了将上升沿调整为下降沿外其他均相同，不再赘述。
综上，本实施例提供的频率限制单元，通过将PWM控制信号发生单元的预设频率阈值的脉冲信号，与信号选择单元发送的电感电压频率指示信号进行逻辑运算，并将运算结果作为ZCD触发信号输出至PWM控制信号发生单元，使得如图6和图8中频率大于fmax的电感电压频率指示信号VZCD均为无效信号，从而使得频率限制单元输出的ZCD触发信号的频率均不大于预设频率阈值。进一步地，本实施例中的控制电路通过模拟电路的形式实现了频率限制功能，从而与现有技术中处理器进行频率限制相比，简化了处理器的信号处理流程，消除了输出控制信号的延迟，降低了对处理器性能的要求。从频率限制的角度提高了PFC系统信号处理的准确性，满足整个PFC系统控制的要求。
进一步地，通过图9和图10说明本实施例中对于ZCD触发信号频率限制的必要性。其中，图9为本申请频率限制单元对频率限制的信号时序示意图；图10为本申请工频正弦半周内角度与工作频率的关系示意图。
具体地，图9为在DCMB PFC工作条件下，PFC电感工作状态与ZCD触发信号，控制输出PWM的时序工作状态。其中当在t2～t4时段内，电感释放储能后存在电压震荡。因此，需要将ZCD触发信号做为判断信号，识别功率开关电压VDS什么时刻会震荡到零电压后输出驱动PWM信号。即，保证在功率开关电压VDS的电压为零时，即t4时刻，输出PWM信号使得如图1B和图1C中的开关管Q1和Q2导通。因此，ZCD触发信号的频率限制对于DCMB PFC可以确保功率开关管的零电压开通。
图10为在DCMB PFC条件下，在输入Vac电压工频正弦半周内角度与工作频率的关系图。其中，对于DCMB PFC，在输入Vac零压穿越点(0度和180度)附近，需要很高的工作频率，尤其是高压时频率会达到MHz左右。同时，由于在零电压穿越点附近传递能量有限，高频率会产生很大的开关损耗。因此，需要将ZCD触发信号进行频率限制，来限制输入Vac零压穿越点的高频开关损耗。
图11为本申请控制电路实施例三的结构示意图。如图11所示的控制电路实施例三是在实施例一的基础上一种具体的电路实现方式。其中，通过在PFC电感LPFC上增加两个辅助绕组Laux1和Laux2，检测出震荡期间辅助绕组上的电压Va和Vb，并通过比较器Comparator输出过零检测信号(Vsignal+或Vsignal-)。由于辅助绕组上正负工频半周检测的波形必定是相反的，因此要选择正半周时有效的Vsignal+信号和负半周时有效的Vsignal-信号，需要通过Vsignal+和Vsignal-信号与相位信号PD(AC相位检测信号)做逻辑的与和与非等运算作为选择器，输出正确有效的电感电压频率指示信号VZCD。
具体地，如图11所示，信号检测单元包括：第一绕组Laux1、第二绕组Laux2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2。ZDC信号获取单元包括：比较器Comparator。其中，第一绕组Laux1和第二绕组Laux2设置在PFC电路输入端的电感LPFC上，通过电感的电压获取PFC电路输入交流电的电压，第一绕组Laux1的第一端连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端、第一电容C1的第一端和比较器Comparator的负极输入端，第一绕组Laux1的第二端连接第二绕组Laux2的第一端、第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端、第二电阻R2的第二端和第四电阻R4的第一端，第二绕组Laux2的第二端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端连接第二电容C2的第二端、第四电阻R4的第二端和比较器Comparator的正极输入端，比较器Comparator的输出端输出过零检测信号至信号选择单元。
信号选择单元包括：第一逻辑与门运算器AND1、第一逻辑与非门运算器XAND1、第二逻辑与非门运算器XAND2、第二逻辑与门运算器AND2和第二逻辑或门运算器OR2。其中，第一逻辑与门运算器AND1的第一输入端、第二逻辑与非门运算器XAND2的第一输入端和第二输入端接收过零检测信号，第一逻辑与门运算器AND1的第二输入端、第一逻辑与非门运算器XAND1的第一输入端和第二输入端接收交流电电压的相位参考信号，第一逻辑与非门运算器XAND1的输出端和第二逻辑与非门运算器XAND2的输出端分别连接第二逻辑与门运算器AND2的第一输入端和第二输入端，第一逻辑与门运算器AND1的输出端和第二逻辑与门运算器AND2的输出端分别连接第二逻辑或门运算器OR2的第一输入端和第二输入端，第二逻辑或门运算器OR2的输出端向频率限制单元输出电感电压频率指示信号VZCD。需要说明的是，第一逻辑与非门运算器、第二逻辑与非门运算器也可以是第一逻辑非门运算器、第二逻辑非门运算器。
频率限制单元包括：第一逻辑或门运算器OR1。其中，第一逻辑或门运算器的两个输入端分别接收预设频率阈值的脉冲信号VZCD和电感电压频率指示信号fmax，第一逻辑或门运算器OR1对预设频率阈值的脉冲信号和电感电压频率指示信号进行或运算，第一逻辑或门运算器OR1的输出端输出ZCD触发信号至PWM控制信号发生单元。其中，PWM控制信号发生单元为数字处理器DSP/MCU。
进一步地，图12为本申请控制电路实施例三的电感电压检测信号和过零检测信号时序示意图。如图12所示，由于比较器实际中应用VCC为单电源，因此工作时序图中Va与Vb为实际单电源Vcc供电时比较器所能识别的工作电压，最小电压为零电压。在正输入Vac为工频正半周期时，电感电流IL下降时，Va为K*(Vout-Vac)(K为辅助绕组的检测的比例系数)，Vb为零电压，当电感电流为零向负向震荡时，Va会由K*(Vout-Vac)降到零电压，Vb会从零电压上升到K*Vac，在这个过程中通过比较Va与Vb的电压变化得到过零检测信号Vsignal。而对于工频负半周期内，获取过零检测信号工作时序状态与工频正半周期相反。
图13为本申请控制电路实施例三的电感电压频率指示信号时序示意图。在本实施例中，根据过零检测信号获得两个中间信号，分别是正向过零检测信号Vsignal+和负向过零检测信号Vsignal-。其中，正向过零检测信号Vsignal+即为过零检测信号，负向过零检测信号Vsignal-为过零检测信号经过与非门运算之后的信号。当相位信号PD为高电平时，正向过零检测信号Vsignal+和PD逻辑相与，输出Vsignal+信号；信号Vsignal-与PD的取反值相与，输出为低电平信号；最终Vsignal+信号和低电平信号做逻辑或运算，输出VZCD信号就是Vsignal+信号。当相位信号PD为低电平时，Vsignal+和PD逻辑相与，输出为低电平信号；Vsignal-与PD的取反值相与，输出为Vsignal-信号；最终Vsignal-信号和低电平信号做逻辑或运算，输出VZCD信号就是Vsignal-信号。因此将检测到的不同相位下的信号，通过信号选择单元可以单独提取该相位下对应的信号值得到电感电压频率指示信号。
图14为本申请控制电路实施例三的ZCD触发信号时序示意图。如图14所示，在t0时刻，电感电压频率指示信号VZCD与预设频率阈值的脉冲信号fmax均为高电平，VZCD与fmax做或运算后产生flimit的上升沿，DSP识别限频信号flimit上升沿，CTR清零重新计数；t0～t1期间为PWM死区时间，开关管VDS振荡到零；t1～t2时刻，输出PWM信号控制开关管开通Ton时间；在t2时刻，VZCD由高电平变为低电平，但是fmax为高电平，则flimit不翻转，CTR持续计数；在t3时刻，预设频率阈值的脉冲信号fmax达到限频时间变为低电平，ZCD触发信号flimit同时翻转，CTR持续计数；在t4时刻，VZCD和fmax均变为高电平，同样产生flimit的上升沿，CTR清零重新计数；t5～t6期间，VZCD产生电平变化，由于此期间fmax持续为高电平，flimit无变化，CTR持续计数；同理在t7～t8期间，VZCD的上升沿为无效信号；在t8时刻fmax翻转为低电平，但由于此时VZCD为高电平，因而flimit不变化，CTR持续计数，直到t9时刻VZCD变为低电平，此时flimit发生翻转。
可选地，上述实施例中示出了过零检测信号包括：电压的相位信号。而相应地，过零检测信号还可以包括：电压的正半周期电压信号和负半周期电压信号。此时，需要调整信号检测单元、ZCD信号获取单元和信号选择单元的电路结构。
例如：图15为本申请信号检测单元实施例一的结构示意图，采用单一辅助绕组检测电感电压；图16为本申请信号检测单元实施例二的结构示意图，采用中间抽头辅助绕组检测电感电压；图17为本申请信号检测单元实施例三的结构示意图，采用双辅助绕组检测电感电压。其中，本申请各实施例中的信号检测单元均可使用如图15-图17中以及其他本领域技术人员所熟知的电路结构及实现方式进行替换，此处不再赘述。
图18为本申请ZCD信号获取单元实施例一的结构示意图，适用于电感承受单相变化的Vac交变电压，将信号检测单元得到的电感电压检测信号VL，通过与比较器的阈值Vref(Vref为电感电流为零时参考电压值)进行比较，直接输出过零检测信号；图19为本申请ZCD信号获取单元实施例二的结构示意图；图20为本申请ZCD信号获取单元实施例三的结构示意图；图21为本申请ZCD信号获取单元实施例四的结构示意图。图19～21适用于电感承受双相变化的Vac交变电压的场合，图19为将信号检测单元得到的电感电压检测信号VL1和VL2输入到两个比较器，VL1和VL2互为比较阈值，最终输出两个过零检测信号Vsignal+和Vsignal-到信号选择单元；图20为将信号检测单元得到的电感电压检测信号VL1和VL2输入到一个比较器，VL1和VL2互为比较阈值，最终只输出一个过零检测信号Vsignal+到信号选择单元；图21为将信号检测单元得到的电感电压检测信号VL1和VL2输入到两个比较器，分别于比较器的阈值Vref进行比较，最终只输出两个过零检测信号Vsignal+和Vsignal-到信号选择单元。其中，本申请各实施例中的ZCD信号获取单元均可使用如图18-图21中以及其他本领域技术人员所熟知的电路结构及实现方式进行替换，此处不再赘述。
图22为本申请信号选择单元实施例一的结构示意图，用于电感承受双相正负变化Vac交变电压时会获取正相和负相两个过零检测信号Vsignal+和Vsignal-，信号选择单元可以通过判断Vac电压相位切换所在相位的电感电压信号。例如PD为高电平时，读取Vsignal+信号，control switches通过判断PD信号，闭合SW1，打开SW2，这时输出的电感电压频率指示信号VZCD信号就是过零检测信号Vsignal+；反之，当PD为低电平时，输出的电感电压频率指示信号VZCD信号就是Vsignal-信号。
图23为本申请信号选择单元实施例二的结构示意图，其应用两路MUX(多路复用器)来做为过零检测信号的选择开关，通过相位信号PD(电感承受交变电压相位)来选择控制MUX片选使能端决定是否闭合选择开关来获取VZCD信号；图24为本申请信号选择单元实施例三的结构示意图，其应用信号开关管(例如MOSFET、三极管)进行信号选择，相位信号PD通过控制开关管的驱动来决定是否闭合选择开关来获取VZCD信号；图25为本申请信号选择单元实施例四的结构示意图，其通过逻辑运算器件的组合搭配来实现过零检测信号的选择，本实施例中通过逻辑器件或门、与门、与非门实施选择方法，将相位信号PD和过零检测信号Vsignal+做与运算，PD取反信号和过零检测信号Vsignal-做与运算，再将两路与运算的结果做逻辑或运算，即可得到不同相位所对应的电感电压频率指示信号VZCD。当相位信号PD为高电平时，运算最终的输出结果Vsignal+为最终选择的VZCD信号，反之PD为低电平时，运算最终的输出结果Vsignal-为最终选择的VZCD信号。其中，本申请各实施例中的信号选择单元均可使用如图22-图25中以及其他本领域技术人员所熟知的电路结构及实现方式进行替换，此处不再赘述。
进一步地，在上述实施例中，图26为本申请信号选择单元获取相位信号实施例一的原理示意图；图27为本申请信号选择单元获取相位信号实施例二的原理示意图。图26为分别检测输入电压Vac的VL1和VN1线，通过分压电阻R1、R2和R3获得VL1’和VN1’，再通过比较器比较最终得到相位信号PD。由于相位信号的检测线路应用在Totem-pole bridgeless PFC中，因此VL1和VN1的电压变化受无桥PFC工作状态影响，在输入Vac为正相时，VL1为正弦半波，VN1为零电压，在输入Vac为负相时，VL1为倒的正弦半波，VN1为输出Vbus电压。图27为通过差分运放检测VL1-VN1的差值即为Vac，获得对应Vac相应比例的Vac’，在将Vac’输送的比较器与R6和R7的分压值Vref(调整为Vac’的中点值)比较，最终得到相位信号PD。由于检测的是VL1-VN1差值，因此检测的输出电压不受bridgeless PFC工作状态影响一直为Vac。
图28为本申请控制方法实施例一的流程示意图。如图28所示，本申请一实施例中的控制方法包括：
S101：检测交流侧电感的电压；
S102：根据交流侧电感的电压生成交流侧电感电压的过零检测信号；
S103：根据过零检测信号生成电感电压频率指示信号；
S104：根据预设频率阈值的脉冲信号生成频率不大于预设频率阈值的一ZCD触发信号；
S105：根据ZCD触发信号生成AC/DC变换器的PWM控制信号。
本申请提供的控制方法用于图3所示的控制电路，其实现方式与原理相同，不再赘述。
此外，本发明一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例所示的控制方法。
本发明一实施例还提供一种前置机，其中，包括：
处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；
处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述实施例所示的控制方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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 (13)

1.一种控制电路，用于输出一PWM控制信号，其特征在于，包括：
信号检测单元、ZCD信号获取单元、信号选择单元、频率限制单元和PWM控制信号发生单元；所述信号检测单元、所述ZCD信号获取单元、所述信号选择单元、所述频率限制单元和所述PWM控制信号发生单元依次连接；
所述信号检测单元，还连接一AC/DC变换器的一交流侧电感，用于检测所述交流侧电感的电压，并输出一电感电压检测信号，其中所述电感电压检测信号有交流信号；
所述ZCD信号获取单元，接收所述电感电压检测信号，生成所述交流侧电感电压的过零检测信号，并将所述过零检测信号向所述信号选择单元输出；
所述信号选择单元，接收所述过零检测信号，并根据所述过零检测信号生成电感电压频率指示信号，并将所述电感电压频率指示信号向所述频率限制单元输出；
所述频率限制单元，接收所述电感电压频率指示信号，根据预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号生成频率不大于所述预设频率阈值的一ZCD触发信号；以及
所述PWM控制信号发生单元，接收所述ZCD触发信号，以使所述PWM控制信号发生单元根据所述ZCD触发信号生成所述AC/DC变换器的PWM控制信号。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述信号检测单元、所述ZCD信号获取单元、所述信号选择单元和所述频率限制单元均为模拟电路。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述频率限制单元，被配置成：所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号均为高电平时产生所述ZCD触发信号的第一边沿信号；在所述预设频率阈值的脉冲信号为高电平期间，所述ZCD触发信号不翻转；所述预设频率阈值的脉冲信号的下降沿到来时，若所述电感电压频率指示信号为低电平，则所述ZCD触发信号翻转以输出所述ZCD触发信号的第二边沿信号，若所述电感电压频率指示信号为高电平，则所述ZCD触发信号在所述电感电压频率指示信号的下一个下降沿到来时翻转以输出所述ZCD触发信号的第二边沿信号。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，
所述第一边沿信号为高电平，所述第二边沿信号为低电平。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述频率限制单元包括第一逻辑或门运算器；
所述第一逻辑或门运算器的两个输入端分别接收所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号，所述第一逻辑或门运算器对所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号进行或运算，所述第一逻辑或门运算器的输出端输出所述ZCD触发信号。
6.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，
所述第一边沿信号为低电平，所述第二边沿信号为高电平。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述频率限制单元为逻辑或非门运算器；
所述逻辑或非门运算器的两个输入端分别接收所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号，所述逻辑或非门运算器对所述预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号进行或非运算，所述逻辑或非门运算器的输出端输出所述ZCD触发信号。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述过零检测信号包括：所述电压的相位信号。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述信号选择单元包括：第一逻辑与门运算器、第一逻辑与非门或者第一逻辑非门运算器、第二逻辑与非门或者第二逻辑非门运算器、第二逻辑与门运算器和第二逻辑或门运算器；
所述第一逻辑与门运算器的第一输入端、所述第二逻辑与非门运算器的第一输入端和第二输入端或者所述第二逻辑非门运算器的第一输入端接收所述过零检测信号，所述第一逻辑与门运算器的第二输入端、所述第一逻辑与非门运算器的第一输入端和第二输入端或者所述第一逻辑非门的第一输入端接收交流电电压的相位参考信号，所述第一逻辑与非门或者所述第一逻辑非门运算器的输出端和所述第二逻辑与非门或者所述第二逻辑非门运算器的输出端分别连接所述第二逻辑与门运算器的第一输入端和第二输入端，所述第一逻辑与门运算器的输出端和所述第二逻辑与门运算器的输出端分别连接所述第二逻辑或门运算器的第一输入端和第二输入端，所述第二逻辑或门运算器的输出端向所述频率限制单元输出ZCD触发信号。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述信号检测单元包括：第一绕组、第二绕组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容，所述ZCD信号获取单元包括比较器；
所述第一绕组和所述第二绕组设置在PFC电路输入端的电感上，用于通过所述电感的电压获取所述PFC电路输入交流电的电压，所述第一绕组的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端和所述比较器的负极输入端，所述第一绕组的第二端连接所述第二绕组的第一端、所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第二电阻的第二端和所述第四电阻的第一端，所述第二绕组的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第二电容的第二端、所述第四电阻的第二端和所述比较器的正极输入端，所述比较器的输出端输出所述过零检测信号至所述信号选择单元。
11.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述过零检测信号包括：所述电压的正半周期电压信号和负半周期电压信号。
12.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述PWM控制信号发生单元为数字处理器。
13.一种控制方法，其特征在于，包括：
检测交流侧电感的电压；
根据所述交流侧电感的电压生成所述交流侧电感电压的过零检测信号；
根据所述过零检测信号生成电感电压频率指示信号；
根据预设频率阈值的脉冲信号和所述电感电压频率指示信号生成频率不大于所述预设频率阈值的一ZCD触发信号；
根据所述ZCD触发信号生成AC/DC变换器的PWM控制信号。
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