CN116032103B - 升压电路的关断时间控制电路、控制方法及升压电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升压电路的关断时间控制电路、控制方法及升压电路，根据升压电路的输入电压和输出电压设置升压电路主功率管的最大关断时间；若在所述最大关断时间内未检测到电感电流过零，则在所述主功率管的关断时间达到最大关断时间时，控制所述主功率管导通。本发明可以在输入电压和输出电压接近时，保持输出电流稳定，并可避免峰值电流过高而损坏主功率管。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种升压电路的关断时间控制电路、控制方法及升压电路。
背景技术
在升压电路（Boost）应用中，输出电压和输入电压的差值较小时，无法有效检测到电感电流的过零点以控制升压电路的主功率管导通。现有技术中，一般通过设置固定的最大关断时间Toffmax来强制控制升压电路的主功率管导通。
如图1a所示，不同工频周期中出现Toffmax的个数不同，Toffmax设置时间过长，系统会工作在深度断续状态，从而导致输出电流不稳定；如图1b所示，Toffmax设置时间过短时，系统容易工作在连续导通（CCM）状态，容易造成电感峰值电流Ipeak过高，造成主功率管的电流应力过大，甚至会损坏主功率管。
发明内容
本发明的目的是提供一种升压电路的关断时间控制电路、控制方法及升压电路，可合理设置主功率管的最大关断时间，在升压电路的输出电压与输入电压接近时保持输出电流稳定，避免电感峰值电流过高而损坏功率管。
为实现上述目的，本发明提供了一种升压电路的关断时间控制电路，包括：过零检测电路，用于检测电感电流的过零点，输出过零检测信号；
最大关断时间设置电路，用于根据升压电路的输入电压和输出电压设置升压电路主功率管的最大关断时间；
逻辑控制电路，其输入端连接所述过零检测电路和最大关断时间设置电路的输出端，其输出端连接所述主功率管的控制端；若在所述最大关断时间内，所述过零检测电路未检测到电感电流过零，则在所述主功率管的关断时间达到最大关断时间时，控制所述主功率管导通。
可选的，所述最大关断时间设置电路根据所述输入电压及所述输出电压与所述输入电压的差值设置所述最大关断时间。
可选的，所述最大关断时间与所述第一比值成正比，所述第一比值为所述输入电压在所述主功率管导通时间内的积分与所述输出电压与所述输入电压差值的比值。
可选的，所述最大关断时间与所述第一比值的比例系数大于1。
可选的，所述最大关断时间设置电路包括第一电容、充电控制电路和放电控制电路，所述充电控制电路根据所述输入电压产生充电电流，在主功率管导通期间所述充电电流给所述第一电容充电，所述第一电容电压从初始电压开始上升；所述放电控制电路根据所述输出电压和所述输入电压的差值产生放电电流，在所述主功率管关断时，所述放电电流给所述第一电容放电，所述第一电容电压开始下降，当所述第一电容电压下降到所述初始电压时，表征所述主功率管的关断时间达到所述最大关断时间。
可选的，所述充电电流与所述输入电压成正比例，比例系数为常数a；所述放电电流与所述输入电压和所述输出电压的差值成正比例，比例系数为常数b；其中，b小于a。
可选的，所述过零检测电路包括辅助绕组，所述辅助绕组和升压电路的电感耦合，通过检测辅助绕组上的电信号得到所述过零检测信号；或者，所述过零检测电路检测所述主功率管的漏极电压变化率得到所述过零检测信号。
本发明还提供一种开关电路的关断时间的控制方法，根据升压电路的输入电压和输出电压与输入电压的差值设置升压电路主功率管的最大关断时间；若在所述最大关断时间内未检测到电感电流过零，则在所述主功率管的关断时间达到最大关断时间时，控制所述主功率导通。
可选的，所述最大关断时间与所述第一比值成正比，所述第一比值为所述输入电压在所述主功率管导通时间内的积分与所述输出电压与所述输入电压差值的比值，其中，所述最大关断时间与所述第一比值的比例系数大于1。
本发明还提供一种升压电路，包括以上任意一种所述的关断时间控制电路及导通时间控制电路，所述导通时间控制电路根据输出反馈信号和参考信号得到的误差放大信号控制升压电路主功率管的导通时间。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明通过输入电压和输出电压设置主功率管的最大关断时间，使得最大关断时间能够及时根据输入电压和输出电压进行调整；在输出电压和输入电压接近时，能够使得输出电流保持稳定，并且能够避免电感峰值电流过大而导致功率管电流应力过大而损坏功率管。
附图说明
图1a为现有技术中最大关断时间过大时工频周期内电感电流波形图；
图1b为现有技术中最大关断时间过小时工频周期内电感电流波形图；
图2为本发明升压电路的控制电路原理图；
图3为本发明关断时间设置电路的原理图。
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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明升压电路的控制电路原理图，包括关断时间控制电路，导通时间控制电路03和驱动电路05，导通时间控制电路03可根据参考信号Vref和输出反馈信号FB得到误差放大信号控制升压电路主功率管的导通时间；
关断时间控制电路包括过零检测电路01、最大关断时间设置电路02和逻辑控制电路04。通常情况下，过零检测电路01检测到升压电路的电感电流过零时，控制主功率管关断；过零检测电路可通过与电感耦合的辅助绕组来检测电感电流的过零点，即通过检测辅助绕组上的电信号获得过零检测信号，也可通过检测主功率管漏极电压的变化率来检测电感电流的过零点获得过零检测信号；当过零检测电路01无法检测到电感电流过零时，或者当升压电路工作在CCM模式下没有过零点时，主功率管的关断时间达到最大关断时间Toffmax时，强制主功率管导通，本发明通过最大关断时间设置电路02设置主功率管最大关断时间Toffmax；
根据升压电路的电感伏秒平衡原理有Vin×Ton=(Vout-Vin)×Toff，其中，Vin、Vout分别为升压电路的输入电压和输出电压，Ton、Toff分别为主功率管的导通时间和关断时间；根据电感伏秒平衡原理，本发明的最大关断时间设置电路02设置Toffmax跟随输入电压Vin和输出电压Vout的变化而变化，保证Toffmax不会过大或者过小；具体的，在主功率管导通时间Ton不变时，根据输入电压Vin和输出电压与输入电压的差值Vout-Vin来设置Toffmax，使得Toffmax与Vin/(Vout-Vin)成正比，并可进一步的设置Toffmax与Vin×Ton/(Vout-Vin)成正比；本发明在输入电压Vin和输出电压Vout变化时，能够及时调整最大关断时间Toffmax，避免最大关断关时间设置的过大或者过小，特别是在输入电压Vin和输出电压Vout比较接近时，本发明设置的最大关断时间可保持输出电流稳定，并避免出现电感峰值电流过大而损坏功率管的问题。
如图3所示，示意了本发明最大关断时间设置电路的原理图，包括第一电容C0，用于控制给第一电容C0充电的充电控制电路201，用于控制给第一电容C0放电的放电控制电路202，用于控制第一电容C0电压复位的复位控制电路203，比较器204和与门205；充电控制电路201包括受控电流源Ia及第一开关k1组成的串联电路，该串联电路第一端连接第一电容C0高电位端，第二端连接地电位端，输入电压Vin控制受控电流源Ia使其输出电流与输入电压Vin成正比，比例系数为a；放电控制电路202包括受控电流源Ib及第二开关k2组成的串联电路，该串联电路第一端连接地电位端，第二端连接第一电容C0高电位端，输出电压及输入电压之差Vo-Vin控制受控电流源Ib使其输出电流与输入电压Vo-Vin成正比，比例系数为b，其中，比例系数a、b为常数且b略小于a，可使得最大关断时间略大于主功率管正常的关断时间；
在升压电路的主功率管导通时，导通控制信号VGS_1控制第一开关k1导通，受控电流源Ia给第一电容C0充电，第一电容C0电压上升，当主功率管关断时，导通控制信号VGS_1控制第一开关k1关断，关断控制信号VGS_N控制第二开关k2导通，受控电流源Ib给第一电容C0放电，第一电容C0开始下降，比较器204将第一电容电压VC1与初始电压V1进行比较，当第一电容电压VC1下降到初始电压V1时，比较器204输出高电平信号，与门205接收比较器204输出的高电平信号和高电平的关断控制信号输出高电平信号表征主功率管的关断时间达到最大关断时间Toffmax；根据主功率管的控制信号VGS在主功率管的关断结束后主功率管导通之前即VGS_1高电平之前，复位控制电路203控制第一电容C0的电压复位到初始电压V1。该实施例根据输入电压、输出电压设置电容的充、放电电流以设置主功率管的最大关断时间Toffmax，能够根据输入电压、输出电压的变化及时调整最大关断时间Toffmax，避免Toffmax过大或者过小，设置方式简单灵活。
除此之外，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 (7)
1.一种升压电路的关断时间控制电路，其特征在于，包括：
过零检测电路，用于检测电感电流的过零点，输出过零检测信号；
最大关断时间设置电路，用于根据升压电路的输入电压和输出电压设置升压电路主功率管的最大关断时间；
逻辑控制电路，其输入端连接所述过零检测电路和最大关断时间设置电路的输出端，其输出端连接所述主功率管的控制端；若在所述最大关断时间内，所述过零检测电路未检测到电感电流过零，则在所述主功率管的关断时间达到最大关断时间时，控制所述主功率管导通；
所述最大关断时间设置电路根据所述输入电压及所述输出电压与所述输入电压的差值设置所述最大关断时间；所述最大关断时间与第一比值成正比，所述第一比值为所述输入电压在所述主功率管导通时间内的积分与所述输出电压和所述输入电压差值的比值。
2.根据权利要求1所述的关断时间控制电路，其特征在于：所述最大关断时间与所述第一比值的比例系数大于1。
3.根据权利要求1所述的关断时间控制电路，其特征在于：所述最大关断时间设置电路包括第一电容、充电控制电路和放电控制电路，所述充电控制电路根据所述输入电压产生充电电流，在主功率管导通期间所述充电电流给所述第一电容充电，所述第一电容电压从初始电压开始上升；所述放电控制电路根据所述输出电压和所述输入电压的差值产生放电电流，在所述主功率管关断时，所述放电电流给所述第一电容放电，所述第一电容电压开始下降，当所述第一电容电压下降到所述初始电压时，表征所述主功率管的关断时间达到所述最大关断时间。
4.根据权利要求3所述的关断时间控制电路，其特征在于：所述充电电流与所述输入电压成正比例，比例系数为常数a；所述放电电流与所述输入电压和所述输出电压的差值成正比例，比例系数为常数b；其中，b小于a。
5.根据权利要求1所述的关断时间控制电路，其特征在于：所述过零检测电路包括辅助绕组，所述辅助绕组和升压电路的电感耦合，通过检测辅助绕组上的电信号得到所述过零检测信号；或者，所述过零检测电路检测所述主功率管的漏极电压变化率得到所述过零检测信号。
6.一种升压电路的关断时间的控制方法，其特征在于：包括：
根据升压电路的输入电压及输出电压和输入电压的差值设置最大关断时间；
若在所述最大关断时间内未检测到电感电流过零，则在主功率管的关断时间达到最大关断时间时，控制所述主功率管导通；
所述最大关断时间与第一比值成正比，所述第一比值为所述输入电压在所述主功率管导通时间内的积分与所述输出电压与所述输入电压差值的比值，其中，所述最大关断时间与所述第一比值的比例系数大于1。
7.一种升压电路，其特征在于：包括权利要求1-5任意一项所述的关断时间控制电路及导通时间控制电路，所述导通时间控制电路根据输出反馈信号和参考信号得到的误差放大信号控制升压电路主功率管的导通时间。
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