CN110707911B

CN110707911B - 一种升压电路及其控制方法

Info

Publication number: CN110707911B
Application number: CN201910984910.0A
Authority: CN
Inventors: 陈书生; 林加富; 陈新焕
Original assignee: Xiamen Kehua Hengsheng Co Ltd; Zhangzhou Kehua Technology Co Ltd
Current assignee: Xiamen Kehua Digital Energy Tech Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN110707911A

Abstract

本发明提供了一种升压电路，该升压电路中输入电源、电感、第一开关管、第二开关管依次串联形成回路，第一单向导通器件的正向导通端连接至电感与第一开关管的正端之间，母线电容的负端连接至第二开关管的负端；飞跨电容的正端连接至第一单向导通器件的反向截止端与第二单向导通器件的正向导通端之间，飞跨电容的负端连接至第三开关管的正端，第三开关管的负端连接至第一开关管的负端与第二开关管的正端之间；在输入电源初始上电时，第二开关管与第三开关管均处于断开状态，使得第三开关管能够分担第二开关管承受的输入电压，从而可以避免第二开关管发生过压击穿的问题。

Description

一种升压电路及其控制方法

技术领域

本发明属于电路技术领域，尤其涉及一种升压电路及其控制方法。

背景技术

升压电路(boost电路)，指可以将输入电压转换为一个更高的电压进行输出以实现功率变换的电路，一般将能够实现输入大于或等于三个电平的称之为多电平升压电路。多电平升压电路在相同的输入条件下，可以通过降低功率器件的电压应力，用较小耐压等级的器件实现较高等级的电压输出。

参见图1，为现有技术中的一种三电平飞跨电容升压电路，在该电路的输入电源PV初始上电(假设上电电压为Vin)时，由于飞跨电容C1两端的电压为0，所以在电感L、二极管D1、飞跨电容C1、开关管Q2串联回路中，开关管Q2将承受整个输入电压Vin，而通常升压电路中的各开关管的耐压会按0.5倍的母线电压选取，当Vin大于0.5倍的母线电压时，开关管Q2可能发生过压击穿。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种升压电路及其控制系统，以解决现有的升压电路中开关管发生过压击穿的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种升压电路，所述升压电路包括输入电源、电感、第一开关管、第二开关管、第一单向导通器件、第二单向导通器件、飞跨电容、母线电容和第三开关管；

所述输入电源、所述电感、所述第一开关管、所述第二开关管依次串联形成回路；

所述第一单向导通器件、所述第二单向导通器件和所述母线电容依次串联，所述第一单向导通器件的正向导通端连接至所述电感与所述第一开关管的正端之间，所述母线电容的负端连接至所述第二开关管的负端；

所述飞跨电容和所述第三开关管串联，所述飞跨电容的正端连接至所述第一单向导通器件的反向截止端与所述第二单向导通器件的正向导通端之间，所述飞跨电容的负端连接至所述第三开关管的正端，所述第三开关管的负端连接至所述第一开关管的负端与所述第二开关管的正端之间；

在所述输入电源初始上电时，所述第二开关管与所述第三开关管均处于断开状态。

可选的，在所述输入电源初始上电后的预设延时时间之后，所述第二开关管与所述第三开关管在指定的时长内均处于导通状态。

可选的，在所述飞跨电容的正端电压不小于指定的电压阈值时，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管分别执行相应的开关动作以使所述升压电路进入正常工作。

可选的，所述电压阈值为所述输入电源的输入电压的二分之一。

可选的，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管型号相同。

本发明实施例的第二方面提供了一种升压电路的控制方法，所述升压电路包括输入电源、电感、第一开关管、第二开关管、第一单向导通器件、第二单向导通器件、飞跨电容、母线电容和第三开关管；

所述控制方法包括：

获取所述输入电源的上电状态；

若所述输入电源的上电状态为初始上电，则输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于断开状态。

可选的，在输出第一控制信号之后还包括：

在预设延时时间之后输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于导通状态。

可选的，在输出第二控制信号之后还包括：

监测所述飞跨电容的正端电压；

若所述飞跨电容的正端电压不小于指定的电压阈值，则输出第三控制信号，所述第三控制信号用于控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管分别执行相应的开关动作，以使所述升压电路进入正常工作。

可选的，所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号均为脉冲宽度调制信号。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过在升压电路中的飞跨电容与第二开关管之间串联第三开关管，在升压电路的输入电源初始上电时，由于第二开关管与第三开关管均处于断开状态，这样第三开关管能够分担部分的输入电压，例如，当第三开关管和第二开关为同型号的开关管时，其可以各自承担二分之一的输入电压，从而避免第二开关管独自承受全部输入电压而发生过压击穿的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，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1是现有机制中的升压电路的示意图；

图2是本发明实施例提供的升压电路的示意图；

图3是本发明实施例提供的升压电路的控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的升压电路的控制连接示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例的第一方面提供了一种升压电路，如图2所示，所述升压电路包括输入电源PV、电感L、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一单向导通器件D1、第二单向导通器件D2、飞跨电容C1、母线电容C2和第三开关管Q3。

第一单向导通器件D1和第二单向导通器件D2可以包括二极管、控制器、采样电路、检测电路、保护电路等，也可以是单独部署的二极管，以其能够实现单向导通功能为准，具体不作限定，在本实施例中，第一单向导通器件D1和第二单向导通器件D2均以二极管为例进行说明。

第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3可以是二极管并联半导体开关或者直接为逆导型开关管，半导体开关可选择金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar translator，IGBT)，逆导型开关管可选择MOSFET或逆导型IGBT，具体不作限定，在本实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3以二极管并联半导体开关为例进行说明。

如图2所示，输入电源PV、电感L、第一开关管Q1、第二开关管Q2依次串联形成了一个回路。

第一单向导通器件D1、第二单向导通器件D2和母线电容C2依次串联，第一单向导通器件D1的正向导通端连接至电感L与第一开关管Q1的正端之间，母线电容C2的负端连接至第二开关管Q2的负端。

飞跨电容C1和第三开关管Q3串联，飞跨电容C1的正端连接至第一单向导通器件D1的反向截止端与第二单向导通器件D2的正向导通端之间，飞跨电容C1的负端连接至第三开关管Q3的正端，第三开关管Q3的负端连接至第一开关管Q1的负端与第二开关管Q2的正端之间。

在输入电源PV初始上电时，第二开关管Q2与第三开关管Q3均处于断开状态。

输入电源PV初始上电时，飞跨电容C1处于未充电状态，其上的电压为0伏(此时电容相当于短路状态)，若未加入第三开关管Q3，输入电压会通过电感L、第一单向导通器件D1、飞跨电容C1直接加到第二开关管Q2上(输入电源上电后第二开关管未导通的时间内)，当输入电压较高时会导致第二开关管Q2出现过压损坏。

在本实施例中，由于加入了第三开关管Q3，在输入电源上电后第二开关管和第三开关管均未导通(处于断开状态)的时间内，第三开关管Q3会与第二开关管Q2共同承受输入电压。在第三开关管Q3与第二开关管Q2同型号的情况下，各自承受一半的输入电压，从而降低了第二开关管Q2独自承受输入电压而发生过压损坏的情况。

由上可知，本发明通过在升压电路中的飞跨电容与第二开关管之间串联第三开关管，在升压电路的输入电源初始上电时，由于第二开关管与第三开关管均处于断开状态，这样第三开关管能够分担部分的输入电压，例如，当第三开关管和第二开关为同型号的开关管时，其可以各自承担二分之一的输入电压，从而避免第二开关管独自承受全部输入电压而发生过压击穿的情况发生。

可选的，在输入电源PV初始上电后的预设延时时间之后，第二开关管Q2与第三开关管Q3在指定的时长内均处于导通状态。

本实施例中，在输入电源PV初始上电后，可以控制第二开关管Q2与第三开关管Q3导通，以使飞跨电容C1进行充电状态，输入电源PV开始为飞跨电容C1充电。

可选的，在飞跨电容C1的正端电压不小于指定的电压阈值时，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3分别执行相应的开关动作以使该升压电路进入正常工作。

在发明本实施例中，飞跨电容C1进行充电状态之后，其正端电压不断升高，在飞跨电容C1的正端电压不小于指定的电压阈值时，可以控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3分别执行相应的开关动作，使该升压电路进入正常工作，为母线电容C2进行缓充电。

例如，在飞跨电容C1的正端电压不小于指定的电压阈值时，可以控制第三开关管Q3处于持续导通状态，控制第一开关管Q1与第二开关管Q2交错导通，提高飞跨电容C1的充电电压，使升压电路进入正常工作，为母线电容C2进行缓充电。

在本发明实施例中，该指定的电压阈值可以基于第二开关管Q2与第三开关管Q3的耐压值来确定，目的是保障有了飞跨电容C1的分压之后，即便第二开关管Q2与第三开关管Q3其中的一个处于断开状态，该处于断开状态的开关管也不会承受超过其耐压值的电压。

可选的，上述指定的电压阈值可以为所述输入电源的输入电压的二分之一。

可选的，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3可以为同型号的开关管，以有利于批量生产和简化电路。

参见图3，其示出了本发明实施例的一种升压电路的控制方法，所述升压电路如图2所示，包括输入电源PV、电感L、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一单向导通器件D1、第二单向导通器件D2、飞跨电容C1、母线电容C2和第三开关管Q3。

输入电源PV、电感L、第一开关管Q1、第二开关管Q2依次串联形成了一个回路。第一单向导通器件D1、第二单向导通器件D2和母线电容C2依次串联，第一单向导通器件D1的正向导通端连接至电感L与第一开关管Q1的正端之间，母线电容C2的负端连接至第二开关管Q2的负端。

所述控制方法可以应用于上述升压电路的控制模块，该控制模块输出控制信号以对升压电路中的开关管进行控制，使各开关管在指定的控制时序内执行相应的动作、处于相应的导通或断开状态。所述控制方法包括：

在步骤301中、获取所述输入电源的上电状态；

在本发明实施例中，可以对输入电源进行监测，控制模块获取输入电源的上电状态，以便能够及时监测到输入电源开始上电。

在步骤302中、若所述输入电源的上电状态为初始上电，则输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于断开状态。

在本发明实施例中，初始上电是指输入电源从输入电压为0到开始为升压电路提供输入电压的暂态时间，当监测到输入电源开始上电，控制模块可以输出第一控制信号，该第一控制信号用于控制第二开关管Q2与第三开关管Q3均处于断开状态。

在本实施例中，初始上电时，第一开关管Q1也可以处于断开状态。

由于在初始上电时，第二开关管Q2与第三开关管Q3同处于断开状态，故可以共同分担输入电压，从而避免了第二开关管Q2独自承受输入电压而发生过压损坏的问题。

可选的，在输出第一控制信号之后还包括：

在步骤303中、在预设延时时间之后输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于导通状态。

在本实施例中，在输入电源初始上电后，经预设延时时间，控制模块可以输出第二控制信号，该第二控制信号用于控制第二开关管Q2与第三开关管Q3均处于导通状态。预设延时时间可以为毫秒级，通过控制第二开关管Q2与第三开关管Q3均处于导通状态，使输入电压开始向飞跨电容C1充电。

可选的，在输出第二控制信号之后还包括：

在步骤304中、监测所述飞跨电容的正端电压；

在步骤305中、若所述飞跨电容的正端电压不小于指定的电压阈值，则输出第三控制信号，所述第三控制信号用于控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管分别执行相应的开关动作，以使所述升压电路进入正常工作。

在本发明实施例中，可以监测飞跨电容C1的正端电压，例如，可以通过电压采样电路对飞跨电容C1的正端进行电压采样，当采样到的电压不小于指定的电压阈值时，输出第三控制信号，以控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3分别执行相应的开关动作，使该升压电路进入正常工作，为母线电容C2进行缓充电。

在一个可选实施例中，所述电压阈值为所述输入电源的输入电压的二分之一。

在一个可选实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3可以为同型号的开关管，以有利于批量生产和简化电路。

在一个可选实施例中，所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号均为脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)。

在本发明实施例中，升压电路的控制模块输出的控制信号可以是脉冲宽度调制信号，通过脉冲宽度调制信号实现对第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的开关状态的控制。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图4是本发明实施例提供的升压电路的控制连接示意图，如图4所示，控制模块41分别连接第一开关管Q1的控制端、第二开关管Q2的控制端和第三开关管Q3的控制端，控制模块41可以输出控制信号实现对第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的开关状态的控制，控制信号可以为脉冲宽度调制信号。

控制模块41可以包括：

获取单元，用于获取输入电源的上电状态；

信号输出单元，用于根据输入电源的上电状态进行控制信号的输出，若所述输入电源的上电状态为初始上电，则输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于断开状态。

信号输出单元还用于，在输出第一控制信号之后，经预设延时时间输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于导通状态。

控制模块41还可以包括：

电压监测单元，用于监测飞跨电容的正端电压；

信号输出单元还用于，根据输入电源的上电状态以及飞跨电容的正端电压进行控制信号的输出，在输出第二控制信号之后，若所述飞跨电容的正端电压不小于指定的电压阈值，则输出第三控制信号，所述第三控制信号用于控制所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管分别执行相应的开关动作，以使所述升压电路进入正常工作。

在本发明实施例中，控制模块41为PWM(Pulse Width Modulation)控制芯片。在一些实施例中，控制模块41还可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种升压电路，其特征在于，所述升压电路包括输入电源、电感、第一开关管、第二开关管、第一单向导通器件、第二单向导通器件、飞跨电容、母线电容和第三开关管；

在所述输入电源初始上电时，所述第二开关管与所述第三开关管均处于断开状态；

在所述输入电源初始上电后的预设延时时间之后，所述第二开关管与所述第三开关管在指定的时长内均处于导通状态。

2.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，在所述飞跨电容的正端电压不小于指定的电压阈值时，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管分别执行相应的开关动作以使所述升压电路进入正常工作。

3.根据权利要求2所述的升压电路，其特征在于，所述指定的电压阈值为所述输入电源的输入电压的二分之一。

4.根据权利要求1至3任一项所述的升压电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管型号相同。

5.一种升压电路的控制方法，其特征在于，所述升压电路包括输入电源、电感、第一开关管、第二开关管、第一单向导通器件、第二单向导通器件、飞跨电容、母线电容和第三开关管；

所述控制方法包括：

获取所述输入电源的上电状态；

若所述输入电源的上电状态为初始上电，则输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第二开关管与所述第三开关管均处于断开状态；

在输出第一控制信号之后还包括：

6.根据权利要求5所述的升压电路的控制方法，其特征在于，在输出第二控制信号之后还包括：

监测所述飞跨电容的正端电压；

7.根据权利要求6所述的升压电路的控制方法，其特征在于，所述指定的电压阈值为所述输入电源的输入电压的二分之一。

8.根据权利要求6至7任一项所述的升压电路的控制方法，其特征在于，所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号均为脉冲宽度调制信号。