CN112398314B - 开关电路的频率控制方法、控制电路及开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种开关电路的频率控制方法、控制电路及开关电源，在所述开关电路的工作过程中，检测每个工作周期的开关频率；在连续N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间内，如果开关频率位于第一频率区间内，则保持开关频率不变；否则，调整开关频率位于第一频率区间内。本发明在开关电路变频时，能够使得开关频率快速收敛。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种开关电路的频率控制方法、控制电路及开关电源。
背景技术
在现有的开关电路控制方案中，有平均电流控制或者恒导通控制，在开关电路稳态时，开关频率为定频；当负载切换，开关电路动态响应时，开关频率会从定频变到非定频，在从稳态变到动态的过程中，会出现开关频率震荡变化的情况，开关频率收敛时间较长；当负载不断切换时，开关频率将出现不断震荡不断收敛情况。
此外，在频率控制中，一般将每个周期的频率和阈值频率进行比较，以调整开关频率，但当开关频率不断的变大变小时，频率控制可能跟不上开关频率的变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电路的频率控制电路、控制方法及开关电源，用以解决现有技术存在变频控制时频率收敛时间较长的问题。
为实现上述目的，本发明提供了开关电路的频率控制方法，包括步骤：
S1：在所述开关电路的工作过程中，检测每个工作周期的开关频率；
S2：在连续的N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间内，如果所述开关频率位于第一频率区间内，则保持该工作周期的开关频率不变；否则，调整该工作周期的开关频率以使其位于第一频率区间内。
可选的，若调整某一周期的开关频率，通过直接限定该工作周期的开关频率，使其位于第一频率区间内。
可选的，若调整某一周期的开关频率，通过加大频率调整的步幅，直至将该工作周期的开关频率调整到第一频率区间之内。
可选的，在步骤S2中：如果在连续M个工作周期内，判断检测到的开关频率均位于第一频率区间，则解除对连续的N个工作周期进行检测的操作。
可选的，限定某一工作周期的开关频率的具体步骤包括：
从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间小于第一阈值时间，则在允许主功率管再次导通情况下，通过一次性延长主功率管关断时间，使得该工作周期的开关时间达到设定的第一阈值时间；在主功率管关断期间，若计时时间达到第二阈值时间，则控制主功率管导通；第二阈值时间大于所述第一阈值时间。
可选的，调整某一工作周期的开关频率的具体步骤包括：
从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间位于第一时间区间之外，则下个工作周期加大调整参数步幅，直至使得下个工作周期的开关时间位于第一时间区间之内。
可选的，所述调整参数为电感电流纹波参数、主功率管导通时间参数或者主功率管关断时间参数。
本发明还提供一种开关电路的频率控制电路，包括周期检测电路和频率调整电路，在所述开关电路的工作过程中，所述周期检测电路检测每个工作周期的开关频率；如果在连续的N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间内，如果开关频率位于第一频率区间内，则保持开关频率不变；否则，所述频率调整电路调整开关频率位于第一频率区间内。
可选的，若调整某一周期的开关频率，通过直接限定该工作周期的开关频率，使其位于第一频率区间内。
可选的，若调整某一周期的开关频率，通过加大频率调整的步幅，直至将该工作周期的开关频率调整到第一频率区间之内。
可选的，如果在连续M个工作周期内，若周期检测电路检测到的开关频率均位于第一频率区间，则解除对连续的N个工作周期进行检测的操作。
可选的，所述频率调整电路包括计时器，若需限定某个工作周期的开关频率，则所述计时器从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间小于第一阈值时间，则在允许主功率管再次导通情况下，通过一次性延长主功率管关断时间，使得该工作周期的开关时间达到第一阈值时间；在主功率管关断器件，若计时时间达到第二阈值时间，则控制主功率管导通；第二阈值时间大于所述第一阈值时间。
可选的，所述频率调整电路包括计时器，若需调整某个工作周期的开关频率，则所述计时器从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间位于第一时间区间之外，则下个工作周期加大调整参数步幅，直至使得下个工作周期的开关时间位于第一时间区间之内。
可选的，所述调整参数为电感电流纹波参数、主功率管导通时间参数或者主功率管关断时间参数。
本发明还提供一种开关电源，包括以上任意一种所述的频率控制电路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：在所述开关电路的工作过程中，检测每个周期的开关频率；在连续的N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间，如果开关频率位于第一频率区间，则保持开关频率不变；否则，调整开关频率位于第一频率区间。本发明在变频控制中，能够使得开关频率快速收敛。
附图说明
图1为本发明开关电路的频率控制波形图；
图2为本发明开关电路的频率控制框图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，示意了本发明开关电路的频率控制波形图，开关电路的开关过程中，在连续的N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间，如果开关频率位于第一频率区间，则保持开关频率不变；否则，调整开关频率位于第一频率区间在连续的第N个工作周期内，允许开关频率变化；在N个工作周期后，控制开关频率在Fs1至Fs3的范围内，接近理想的开关频率为Fs2，使得开关电路在快速的动态响应的同时，开关频率也能快速收敛。若调整某一工作周期的开关频率，通过直接限定该工作周期的开关频率使其位于第一区间内，或者，加大频率调整的步幅，直至将该工作周期的开关频率调整到第一频率区间之内，通过加大频率调整的步幅可使得开关频率不容易震荡，不会出现超调。如果在连续M个工作周期内，判断检测到的开关频率均位于第一频率区间内，则解除对连续的N个工作周期进行检测的操作。
如图2所示，示意了本发明开关电路的频率控制框图，包括周期检测电路U01、计时器U02和比较器U03。若需限定或者调整某个工作周期的开关频率，则计时器U02从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，比较器U03将计时时间和第一阈值时间Ts1比较，若计时时间T0小于第一阈值时间Ts1，则在允许主功率管再次导通情况下，通过一次性延长主功率管关断时间，使得该工作周期的开关时间达到第一阈值时间Ts1。在主功率管关断器件，比较器U03将计时时间T0和第二阈值时间Ts1比较，若计时时间T0达到第二阈值时间Ts1，则控制主功率管导通；第二阈值时间Ts2大于所述第一阈值时间Ts1，第一阈值时间Ts1到第二阈值时间Ts2的区间为第一时间区间。
另一实施例中，在关断时间结束时，若计时时间位于第一时间区间之外，则在下个工作周期加大调整参数的步幅，直至使得下个工作周期的开关时间位于第一时间区间[Ts1-Ts2]之内。所述调整参数为开关电路电感电流纹波参数、主功率管导通时间参数或者主功率管关断时间参数，所述电感电流纹波为电感峰值电流和谷值电流之差。例如，计时时间小于第一阈值时间Ts1时，下个工作周期可以通过增加纹波，或者增加主功率管导通时间，或者增加主功率管关断时间使得下个工作周期的开关时间位于第一时间区间之内，根据下个工作周期本身的开关时间可调整增加的步幅。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种开关电路的频率控制方法，其特征在于：包括步骤：
S1：在所述开关电路的工作过程中，检测每个工作周期的开关频率；
S2：在连续的N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间内，如果所述开关频率位于第一频率区间内，则保持该工作周期的开关频率不变；否则，调整该工作周期的开关频率以使其位于第一频率区间内。
2.根据权利要求1所述的开关电路的频率控制方法，其特征在于：
若调整某一工作周期的开关频率，通过直接限定该工作周期的开关频率，使其位于第一频率区间内。
3.根据权利要求1所述的开关电路的频率控制方法，其特征在于：
若调整某一工作周期的开关频率，通过加大频率调整的步幅，直至将该工作周期的开关频率调整到第一频率区间之内。
4.根据权利要求1所述的开关电路的频率控制方法，其特征在于：在步骤S2中：如果在连续M个工作周期内，判断检测到的开关频率均位于第一频率区间，则解除对连续的N个工作周期进行检测的操作。
5.根据权利要求2所述的开关电路的频率控制方法，其特征在于：限定某一工作周期的开关频率的具体步骤包括：
从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间小于第一阈值时间，则在允许主功率管再次导通情况下，通过一次性延长主功率管关断时间，使得该工作周期的开关时间达到设定的第一阈值时间；在主功率管关断期间，若计时时间达到第二阈值时间，则控制主功率管导通；第二阈值时间大于所述第一阈值时间。
6.根据权利要求3所述的开关电路的频率控制方法，其特征在于：调整某一工作周期的开关频率的具体步骤包括：
从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间位于第一时间区间之外，则下个工作周期加大调整参数步幅，直至使得下个工作周期的开关时间位于第一时间区间之内，第一阈值时间到第二阈值时间的区间为所述第一时间区间。
7.根据权利要求6所述的开关电路的频率控制方法，其特征在于：所述调整参数为电感电流纹波参数、主功率管导通时间参数或者主功率管关断时间参数。
8.一种开关电路的频率控制电路，其特征在于：包括周期检测电路和频率调整电路，在所述开关电路的工作过程中，所述周期检测电路检测每个工作周期的开关频率；如果在连续的N个工作周期内，若检测到的开关频率均位于设定的第一频率区间之外，则在N个工作周期之后，判断每个工作周期的开关频率是否位于第一频率区间内，如果开关频率位于第一频率区间内，则保持开关频率不变；否则，所述频率调整电路调整开关频率位于第一频率区间内。
9.根据权利要求8所述的开关电路的频率控制电路，其特征在于：若调整某一周期的开关频率，通过直接限定该工作周期的开关频率，使其位于第一频率区间内。
10.根据权利要求8所述的开关电路的频率控制电路，其特征在于：若调整某一周期的开关频率，通过加大频率调整的步幅，直至将该工作周期的开关频率调整到第一频率区间之内。
11.根据权利要求8所述的开关电路的频率控制电路，其特征在于：如果在连续M个工作周期内，若周期检测电路检测到的开关频率均位于第一频率区间，则解除对连续的N个工作周期进行检测的操作。
12.根据权利要求9所述的开关电路的频率控制电路，其特征在于：所述频率调整电路包括计时器，若需限定某个工作周期的开关频率，则所述计时器从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间小于第一阈值时间，则在允许主功率管再次导通情况下，通过一次性延长主功率管关断时间，使得该工作周期的开关时间达到第一阈值时间；在主功率管关断器件，若计时时间达到第二阈值时间，则控制主功率管导通；第二阈值时间大于所述第一阈值时间。
13.根据权利要求10所述的开关电路的频率控制电路，其特征在于：所述频率调整电路包括计时器，若需调整某个工作周期的开关频率，则所述计时器从开关电路主功率管导通时刻开始计时，在主功率管关断结束时，若计时时间位于第一时间区间之外，则下个工作周期加大调整参数步幅，直至使得下个工作周期的开关时间位于第一时间区间之内，第一阈值时间到第二阈值时间的区间为所述第一时间区间。
14.根据权利要求13所述的开关电路的频率控制电路，其特征在于：所述调整参数为电感电流纹波参数、主功率管导通时间参数或者主功率管关断时间参数。
15.一种开关电源，其特征在于：包括权利要求8-14任意一种所述的频率控制电路。
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