TWI658685B - 控制電路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種控制電路及控制方法，其中控制電路包括：信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元；其中，信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元依次連接。本案提供的控制電路及控制方法，減小了對ZCD信號處理的延遲，提高了PFC系統信號處理的準確性。

Description

控制電路及控制方法
本案涉及電路領域，尤其涉及一種控制電路及控制方法。
隨著電子技術的高速發展，供電設備的功率不斷增大、降低諧波電流的標準不斷普及，如今電源設計中越來越多的使用功率因數校正PFC變換器用以提高用電設備的功率因數。傳統的有橋PFC變換器由於其簡單的電路結構和低的共模雜訊干擾被廣泛應用在AC/DC功率級前端。然而，由於整流橋的存在，能量的傳遞路徑經由較多的半導體器件會造成很高的導通和開關損耗。
為了減少PFC電路中開關元件的損耗，無橋式PFC開始被應用於實際產品。應用無橋式PFC所面臨的突出問題是交流電壓相位的檢測，以及當PFC電感電流工作于臨界斷續模式的時候，零電流檢測（簡稱為ZCD）的問題。
現有技術中，通過檢測PFC電路輸入端的電感，從而得到輸入PFC電路的交流電的電壓，並提取電壓的過零檢測信號後，將過零檢測信號送入DSP/MCU，由DSP/MCU通過數位信號處理的方式對過零檢測信號進行處理依次執行判斷輸入電壓的相位、選擇過零檢測信號，再將過零檢測信號進行限制頻率處理等操作，從而輸出對PFC電路開關元件的控制信號。
現有技術中，DSP/MCU處理ZCD信號、限制頻率處理等操作，對DSP/MCU的性能要求較高，尤其是當應用在高頻領域時，DSP/MCU對高頻ZCD信號的處理會存在較大的信號延遲，嚴重時會影響PFC所在的整個系統信號處理的準確性。
本案提供一種控制電路及控制方法，減小了對ZCD信號處理的延遲，提高了PFC系統信號處理的準確性。
本案提供一種控制電路，包括：信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元；信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元依次連接；信號檢測單元，還連接一AC/DC變換器的一交流側電感，用於檢測交流側電感的電壓，並輸出一電感電壓檢測信號，其中電感電壓檢測信號有交流信號；ZCD信號獲取模組單元，接收電感電壓檢測信號，生成交流側電感電壓的過零檢測信號，並將過零檢測信號向信號選擇單元輸出；信號選擇單元，接收過零檢測信號，並根據過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號，並將電感電壓頻率指示信號向頻率限制單元輸出；頻率限制單元，接收電感電壓頻率指示信號，根據預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於預設頻率閥值的一ZCD觸發信號；以及PWM控制信號發生單元，接收ZCD觸發信號，以使PWM控制信號發生單元根據ZCD觸發信號生成AC/DC變換器的PWM控制信號。
在本案一實施例中，信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元和頻率限制單元均為類比電路。
在本案一實施例中，頻率限制單元，被配置成：預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號均為高電平時產生ZCD觸發信號的第一邊沿信號；在預設頻率閥值的脈衝信號為高電平期間，ZCD觸發信號不翻轉；預設頻率閥值的脈衝信號的下降沿到來時，若電感電壓頻率指示信號為低電平，則ZCD觸發信號翻轉以輸出ZCD觸發信號的第二邊沿信號，若電感電壓頻率指示信號為高電平，則ZCD觸發信號在電感電壓頻率指示信號的下一個下降沿到來時翻轉以輸出ZCD觸發信號的第二邊沿信號。
在本案一實施例中，第一邊沿信號為高電平，第二邊沿信號為低電平。
在本案一實施例中，頻率限制單元包括第一邏輯或閘運算器；第一邏輯或閘運算器的兩個輸入端分別接收預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號，第一邏輯或閘運算器對預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號進行或運算，第一邏輯或閘運算器的輸出端輸出ZCD觸發信號。
在本案一實施例中，第一邊沿信號為低電平，第二邊沿信號為高電平。
在本案一實施例中，頻率限制單元為邏輯反或閘運算器；邏輯反或閘運算器的兩個輸入端分別接收預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號，邏輯反或閘運算器對預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號進行反或運算，邏輯反或閘運算器的輸出端輸出ZCD觸發信號。
在本案一實施例中，過零檢測信號包括：電壓的相位信號。
在本案一實施例中，信號選擇單元包括：第一邏輯及閘運算器、第一邏輯反及閘或者反閘運算器、第二邏輯反及閘或者反閘運算器、第二邏輯及閘運算器和第二邏輯或閘運算器；第一邏輯及閘運算器的第一輸入端、第二邏輯反及閘或者反閘運算器的第一輸入端和第二輸入端接收過零檢測信號，第一邏輯及閘運算器的第二輸入端、第一邏輯反及閘或者反閘運算器的第一輸入端和第二輸入端接收交流電電壓的相位參考信號，第一邏輯反及閘或者反閘運算器的輸出端和第二邏輯反及閘或者反閘運算器的輸出端分別連接第二邏輯及閘運算器的第一輸入端和第二輸入端，第一邏輯及閘運算器的輸出端和第二邏輯及閘運算器的輸出端分別連接第二邏輯或閘運算器的第一輸入端和第二輸入端，第二邏輯或閘運算器的輸出端向頻率限制單元輸出ZCD觸發信號。
在本案一實施例中，ZCD信號獲取單元包括：包括：第一繞組、第二繞組、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容和比較器；第一繞組和第二繞組設置在PFC電路輸入端的電感上，用於通過電感的電壓獲取PFC電路輸入交流電的電壓，第一繞組的第一端連接第一電阻的第一端，第一電阻的第二端連接第二電阻的第一端、第一電容的第一端和比較器的負極輸入端，第一繞組的第二端連接第二繞組的第一端、第一電容的第二端、第二電容的第一端、第二電阻的第二端和第四電阻的第一端，第二繞組的第二端連接第三電阻的第一端，第三電阻的第二端連接第二電容的第二端、第四電阻的第二端和比較器的正極輸入端，比較器的輸出端過零檢測信號輸出至信號選擇單元。
在本案一實施例中，過零檢測信號包括：電壓的正半週期電壓信號和負半週期電壓信號。
在本案一實施例中，PWM控制信號發生單元為數文書處理器。
本案還提供一種控制方法，包括：檢測交流側電感的電壓；根據交流側電感的電壓生成交流側電感電壓的過零檢測信號；根據過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號；根據預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於預設頻率閥值的一ZCD觸發信號；根據ZCD觸發信號生成AC/DC變換器的PWM控制信號。
本案提供一種控制電路及控制方法，其中控制電路包括：信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元；信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元依次連接；信號檢測單元，還連接一AC/DC變換器的一交流側電感，用於檢測交流側電感的電壓，並輸出一電感電壓檢測信號，其中電感電壓檢測信號有交流信號；ZCD信號獲取模組單元，接收電感電壓檢測信號，生成交流側電感電壓的過零檢測信號，並將過零檢測信號向信號選擇單元輸出；信號選擇單元，接收過零檢測信號，並根據過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號，並將電感電壓頻率指示信號向頻率限制單元輸出；頻率限制單元，接收電感電壓頻率指示信號，根據預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於預設頻率閥值的一ZCD觸發信號；以及PWM控制信號發生單元，接收ZCD觸發信號，以使PWM控制信號發生單元根據ZCD觸發信號生成AC/DC變換器的PWM控制信號。本案提供的控制電路及控制方法，減小了對過零檢測信號處理的延遲，提高了PFC系統信號處理的準確性。
下面將結合本案實施例中的附圖，對本案實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本案一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本案中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本案保護的範圍。
本案的說明書和申請專利範圍及上述附圖中的術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用於區別類似的物件，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的資料在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本案的實施例例如能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
第1A-1C圖為現有技術PFC系統的電路結構示意圖。其中，如第1A圖所示的傳統Boost PFC變換器由於其簡單的電路結構和低共模EIM雜訊干擾被廣泛應用在AC/DC功率級前端。但是由於傳統PFC變換器存在整流橋，能量通過三顆半導體器件形成傳遞路徑，使得電感L1承受輸入交流電整流後的Half-sinusoid Vac，由此造成了較高的導通和開關損耗。
為了滿足當今對電源產品高效率和高功率密度的發展方向，提高Boost PFC變換器性能，bridgeless PFC得以發展，其由於沒有整流橋，能量傳遞半導體器件數量減少，效率得以提高。如第1B圖所示的為Bi-directional switch bridgeless PFC，第1C圖所示為Totem-pole bridgeless PFC，其中，兩種bridgeless PFC的電感L1承受的是未經整流的Vac電壓，電感的能量隨輸入交流電壓Vac正負變化，而且需要控制的開關功率器件更多，因而會造成電感電流電壓檢測和控制方面相比傳統Boost PFC更複雜。
具體地，第2圖為現有無橋PFC控制電路的結構示意圖，應用於控制第1B圖和第1C圖的電路。其中，通過輔助繞組Laux檢測PFC電感L的電壓信號，並將電感電壓信號經過信號處理獲取ZCD信號後，將L承受的交流電壓Vac的正向ZCD信號和負向ZCD信號向IC Controller輸出。IC Controller可以是DSP/MCU等計算處理器件。由IC Controller判斷電感L承受電壓的相位、根據相位選擇讀取輸入的正向或負向ZCD信號，並對讀取的ZCD信號做限制頻率處理。最終根據限頻後的信號生成PWM控制信號，用於控制開關元件Q1和Q2的導通與關斷。
但是，採用現有的控制電路，對於電感電壓ZCD信號進行的選擇、頻率限制以及生成PWM控制信號都是由IC Controller的處理器實現，由於現有的處理器會對信號造成很大的延遲，尤其是在高頻領域應用時，對於開關元件控制的延遲，會對整個系統的控制的快速性、精確性控制產生不良影響。
因此，為了解決現有技術中存在的上述問題，本案提出了一種控制電路，通過類比電路的形式實現部分現有技術中由處理器實現的功能，以減小對過零檢測信號處理的延遲，提高了PFC系統信號處理的準確性。下面以具體地實施例對本案的技術方案進行詳細說明。下面這幾個具體的實施例可以相互結合，對於相同或相似的概念或過程可能在某些實施例不再贅述。
具體地，第3圖為本案控制電路實施例一的結構示意圖。如第3圖所示的實施例一中，控制電路包括：信號檢測單元1、ZCD信號獲取單元2、信號選擇單元3、頻率限制單元4和PWM控制信號發生單元5。
其中，信號檢測單元1、ZCD信號獲取單元2、信號選擇單元3、頻率限制單元4和PWM控制信號發生單元5依次連接。
信號檢測單元1還連接一AC/DC變換器的一交流側電感，用於檢測交流側電感的電壓，並輸出一電感電壓檢測信號，其中電感電壓檢測信號有交流信號。可選地，本實施例中的電感為bridgeless PFC的輸入電感。
ZCD信號獲取單元2接收信號檢測單元1的電感電壓檢測信號，並根據電感電壓檢測信號生成交流側電感電壓的過零檢測信號，並將過零檢測信號向信號選擇單元3輸出。
信號選擇單元3接收ZCD信號獲取單元2發送的過零檢測信號，根據過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號，並將電感電壓指示信號向頻率限制單元4輸出。
頻率限制單元4接收信號選擇單元3發送的電感電壓頻率指示信號，根據預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於預設頻率閥值的一ZCD觸發信號，並向PWM控制信號發生單元5發送ZCD觸發信號。
PWM控制信號發生單元5接收頻率限制單元4發送的ZCD觸發信號，並根據ZCD觸發信號生成AC/DC變換器的PWM控制信號。可選地，本實施例中PWM控制信號發生單元5可以是數文書處理器。
可選地，本實施例中的信號檢測單元1、ZCD信號獲取單元2、信號選擇單元3和頻率限制單元4均為類比電路。
綜上，本實施例提供的控制電路，將電感電壓的檢測、ZCD信號獲取和選擇、ZCD信號頻率限制以不同單元的方式結合在一起，並一起進行預處理後，只向PWM控制信號發生單元輸出一個單一的ZCD觸發信號，使得PWM控制信號發生單元根據ZCD觸發信號生成PWM控制信號。與現有技術中，電感電壓ZCD信號進行的選擇、頻率限制以及生成PWM控制信號都是由處理器實現相比，簡化了處理器的信號處理流程，消除了輸出控制信號的延遲，降低了對處理器性能的要求，進而提高了PFC系統信號處理的準確性，滿足整個PFC系統控制的要求。
進一步地，第4圖為本案控制電路實施例二的結構示意圖。如第4圖所示的實施例二中的控制電路在第3圖所示的實施例基礎上，頻率限制單元被配置成：預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號均為高電平時產生ZCD觸發信號的第一邊沿信號；在預設頻率閥值的脈衝信號為高電平期間，ZCD觸發信號不翻轉；而在預設頻率閥值的脈衝信號的下降沿到來時，若電感電壓頻率指示信號為低電平，則ZCD觸發信號翻轉以輸出ZCD觸發信號的第二邊沿信號，若電感電壓頻率指示信號為高電平，則ZCD觸發信號在電感電壓頻率指示信號的下一個下降沿到來時翻轉以輸出ZCD觸發信號的第二邊沿信號。
上述實施例一種可能的實現方式為：第一邊沿信號為高電平，第二邊沿信號為低電平。
具體地，第5圖為本案頻率限制單元實施例一的結構示意圖。如第5圖所示，本實施例的頻率限制單元包括：第一邏輯或閘運算器。其中，第一邏輯或閘運算器的兩個輸入端分別接收預設頻率閥值的脈衝信號fmax和電感電壓頻率指示信號VZCD，第一邏輯或閘運算器對預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號進行或運算，第一邏輯或閘運算器的輸出端輸出ZCD觸發信號flimit。其中，第一邏輯或閘的一個輸入端接收的是PWM控制信號發生單元（即圖中的IC Controller）發送的預設頻率閥值的脈衝信號，另一個輸入端接收的是信號選擇單元輸出的電感電壓頻率指示信號，並將兩個信號進行或閘運算後，向PWM控制信號發生單元輸出ZCD觸發信號。
具體地，第6圖為本案頻率限制單元實施例一的信號時序示意圖。其中，fmax為PWM控制信號發生單元發出的預設頻率閥值的脈衝信號，VZCD為電感電壓頻率指示信號，VZCD與fmax進行或邏輯運算後，輸出ZCD觸發信號flimit。可選地，PWM的脈衝寬度為Loop Control計算結果，由輸入電壓和輸出負載決定。其中，t2時刻，預設頻率閥值的脈衝信號fmax和電感電壓頻率指示信號VZCD均為高電平，產生ZCD觸發信號flimit的第一邊沿信號；在預設頻率閥值的脈衝信號fmax為高電平期間，ZCD觸發信號flimit不翻轉維持高電平；在t3時刻，預設頻率閥值的脈衝信號fmax的下降沿到來，此時電感電壓頻率指示信號VZCD為低電平，ZCD觸發信號flimit翻轉以輸出ZCD觸發信號的第二邊沿信號。若此時電感電壓頻率指示信號VZCD為高電平，以t5時刻為例，則此時ZCD觸發信號flimit繼續維持高電平，直到電感電壓頻率指示信號VZCD的下一個下降沿到來時，即t6時刻，ZCD觸發信號flimit翻轉以輸出ZCD觸發信號的第二邊沿信號。此實施例方式中的第一邊沿信號為高電平，第二邊沿信號為低電平。
另一種可能的實現方式為：第一邊沿信號為低電平，第二邊沿信號為高電平。具體地，第7圖為本案頻率限制單元實施例二的結構示意圖。如第7圖所示，本實施例的頻率限制單元包括：邏輯反或閘運算器。其中，邏輯反或閘運算器的兩個輸入端分別接收預設頻率閥值的脈衝信號fmax和電感電壓頻率指示信號VZCD，邏輯反或閘運算器對預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號進行反或運算，邏輯反或閘運算器的輸出端輸出ZCD觸發信號flimit。其中，邏輯反或閘運算器的一端接收的是PWM控制信號發生單元（即圖中的IC Controller）發送的預設頻率閥值的脈衝信號，另一端接收的是信號選擇單元的電感電壓頻率指示信號，並將兩個信號進行邏輯反或運算後，向PWM控制信號發生單元輸出ZCD觸發信號。
第8圖為本案頻率限制單元實施例二的信號時序示意圖，同樣地，fmax為PWM控制信號發生單元發出的預設頻率閥值的脈衝信號，VZCD為電感電壓頻率指示信號，VZCD與fmax進行或非邏輯運算後，輸出ZCD觸發信號flimit，並將flimit的下降沿做為限頻的有效信號。可選地，PWM的脈衝寬度為Loop Control計算結果，由輸入電壓和輸出負載決定。第8圖所示的原理與第6圖所示的原理除了將上升沿調整為下降沿外其他均相同，不再贅述。
綜上，本實施例提供的頻率限制單元，通過將PWM控制信號發生單元的預設頻率閥值的脈衝信號，與信號選擇單元發送的電感電壓頻率指示信號進行邏輯運算，並將運算結果作為ZCD觸發信號輸出至PWM控制信號發生單元，使得如第6圖和第8圖中頻率大於fmax的電感電壓頻率指示信號VZCD均為無效信號，從而使得頻率限制單元輸出的ZCD觸發信號的頻率均不大於預設頻率閥值。進一步地，本實施例中的控制電路通過類比電路的形式實現了頻率限制功能，從而與現有技術中處理器進行頻率限制相比，簡化了處理器的信號處理流程，消除了輸出控制信號的延遲，降低了對處理器性能的要求。從頻率限制的角度提高了PFC系統信號處理的準確性，滿足整個PFC系統控制的要求。
進一步地，通過第9圖和第10圖說明本實施例中對於ZCD觸發信號頻率限制的必要性。其中，第9圖為本案頻率限制單元對頻率限制的信號時序示意圖；第10圖為本案工頻正弦半周內角度與工作頻率的關係示意圖。
具體地，第9圖為在DCMB PFC工作條件下，PFC電感工作狀態與ZCD觸發信號，控制輸出PWM的時序工作狀態。其中當在t2~t4時段內，電感釋放儲能後存在電壓震盪。因此，需要將ZCD觸發信號做為判斷信號，識別功率開關電壓VDS什麼時刻會震盪到零電壓後輸出驅動PWM信號。即，保證在功率開關電壓VDS的電壓為零時，即t4時刻，輸出PWM信號使得如第1B圖和第1C圖中的開關元件Q1或Q2導通。因此，ZCD觸發信號的頻率限制對於DCMB PFC可以確保功率開關元件的零電壓開通。
第10圖為在DCMB PFC條件下，在輸入Vac電壓工頻正弦半周內角度與工作頻率的關係圖。其中，對於DCMB PFC，在輸入Vac零壓穿越點（0度和180度）附近，需要很高的工作頻率，尤其是高壓時頻率會達到MHz左右。同時，由於在零電壓穿越點附近傳遞能量有限，高頻率會產生很大的開關損耗。因此，需要將ZCD觸發信號進行頻率限制，來限制輸入Vac零壓穿越點的高頻開關損耗。
第11圖為本案控制電路實施例三的結構示意圖。如第11圖所示的控制電路實施例三是在實施例一的基礎上一種具體的電路實現方式。其中，通過在PFC電感LPFC上增加兩個輔助繞組Laux1 和Laux2，檢測出震盪期間輔助繞組上的電壓Va和Vb，並通過比較器Comparator輸出過零檢測信號(Vsignal+或Vsignal-)。由於輔助繞組上正負工頻半周檢測的波形必定是相反的，因此要選擇正半周時有效的Vsignal+信號和負半周時有效的Vsignal-信號，需要通過Vsignal+和 Vsignal-信號與相位信號PD（AC相位檢測信號）做邏輯的與和與非等運算作為選擇器，輸出正確有效的電感電壓頻率指示信號VZCD。
具體地，如第11圖所示，信號檢測單元包括：第一繞組Laux1、第二繞組Laux2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容C1和第二電容C2。ZDC信號獲取單元包括：比較器Comparator。其中，第一繞組Laux1和第二繞組Laux2設置在PFC電路輸入端的電感LPFC上，通過電感的電壓獲取PFC電路輸入交流電的電壓，第一繞組Laux1的第一端連接第一電阻R1的第一端，第一電阻R1的第二端連接第二電阻R2的第一端、第一電容C1的第一端和比較器Comparator的負極輸入端，第一繞組Laux1的第二端連接第二繞組Laux2的第一端、第一電容C1的第二端、第二電容C2的第一端、第二電阻R2的第二端和第四電阻R4的第一端，第二繞組Laux2的第二端連接第三電阻R3的第一端，第三電阻R3的第二端連接第二電容C2的第二端、第四電阻R4的第二端和比較器Comparator的正極輸入端，比較器Comparator的輸出端輸出過零檢測信號至信號選擇單元。
信號選擇單元包括：第一邏輯及閘運算器AND1、第一邏輯反及閘運算器XAND1、第二邏輯反及閘運算器XAND2、第二邏輯及閘運算器AND2和第二邏輯或閘運算器OR2。其中，第一邏輯及閘運算器AND1的第一輸入端、第二邏輯反及閘運算器XAND2的第一輸入端和第二輸入端接收過零檢測信號，第一邏輯及閘運算器AND1的第二輸入端、第一邏輯反及閘運算器XAND1的第一輸入端和第二輸入端接收交流電電壓的相位參考信號，第一邏輯反及閘運算器XAND1的輸出端和第二邏輯反及閘運算器XAND2的輸出端分別連接第二邏輯及閘運算器AND2的第一輸入端和第二輸入端，第一邏輯及閘運算器AND1的輸出端和第二邏輯及閘運算器AND2的輸出端分別連接第二邏輯或閘運算器OR2的第一輸入端和第二輸入端，第二邏輯或閘運算器OR2的輸出端向頻率限制單元輸出電感電壓頻率指示信號VZCD。需要說明的是，第一邏輯反及閘運算器、第二邏輯反及閘運算器也可以是第一邏輯反閘運算器、第二邏輯反閘運算器。
頻率限制單元包括：第一邏輯或閘運算器OR1。其中，第一邏輯或閘運算器的兩個輸入端分別接收預設頻率閥值的脈衝信號VZCD和電感電壓頻率指示信號fmax，第一邏輯或閘運算器OR1對預設頻率閥值的脈衝信號和電感電壓頻率指示信號進行或運算，第一邏輯或閘運算器OR1的輸出端輸出ZCD觸發信號至PWM控制信號發生單元。其中，PWM控制信號發生單元為數文書處理器DSP/MCU。
進一步地，第12圖為本案控制電路實施例三的電感電壓檢測信號和過零檢測信號時序示意圖。如第12圖所示，由於比較器實際中應用VCC為單電源，因此工作時序圖中Va與Vb為實際單電源Vcc供電時比較器所能識別的工作電壓，最小電壓為零電壓。在正輸入Vac為工頻正半週期時，電感電流IL下降時，Va為K*(Vout-Vac)(K為輔助繞組的檢測的比例係數)，Vb為零電壓，當電感電流為零向負向震盪時，Va會由K*(Vout-Vac)降到零電壓，Vb會從零電壓上升到K*Vac，在這個過程中通過比較Va與Vb的電壓變化得到過零檢測信號Vsignal。而對於工頻負半週期內，獲取過零檢測信號工作時序狀態與工頻正半週期相反。
第13圖為本案控制電路實施例三的電感電壓頻率指示信號時序示意圖。在本實施例中，根據過零檢測信號獲得兩個中間信號，分別是正向過零檢測信號Vsignal+和負向過零檢測信號Vsignal-。其中，正向過零檢測信號Vsignal+即為過零檢測信號，負向過零檢測信號Vsignal-為過零檢測信號經過反及閘運算之後的信號。當相位信號PD為高電平時，正向過零檢測信號Vsignal+和PD邏輯相與，輸出Vsignal+信號；信號Vsignal-與PD的取反值相與，輸出為低電平信號；最終Vsignal+信號和低電平信號做邏輯或運算，輸出VZCD信號就是Vsignal+信號。當相位信號PD為低電平時，Vsignal+和PD邏輯相與，輸出為低電平信號；Vsignal-與PD的取反值相與，輸出為Vsignal-信號；最終Vsignal-信號和低電平信號做邏輯或運算，輸出VZCD信號就是Vsignal-信號。因此將檢測到的不同相位下的信號，通過信號選擇單元可以單獨提取該相位下對應的信號值得到電感電壓頻率指示信號。
第14圖為本案控制電路實施例三的ZCD觸發信號時序示意圖。如第14圖所示，在t0時刻，電感電壓頻率指示信號VZCD與預設頻率閥值的脈衝信號fmax均為高電平，VZCD與fmax做或運算後產生flimit的上升沿，DSP識別限頻信號flimit上升沿，CTR清零重新計數；t0~t1期間為PWM死區時間，開關元件VDS振盪到零；t1~t2時刻，輸出PWM信號控制開關元件開通Ton時間；在t2時刻，VZCD由高電平變為低電平，但是fmax為高電平，則flimit不翻轉，CTR持續計數；在t3時刻，預設頻率閥值的脈衝信號fmax達到限頻時間變為低電平，ZCD觸發信號flimit同時翻轉，CTR持續計數；在t4時刻，VZCD和fmax均變為高電平，同樣產生flimit的上升沿，CTR清零重新計數；t5~t6期間，VZCD產生電平變化，由於此期間fmax持續為高電平，flimit無變化，CTR持續計數；同理在t7~t8期間，VZCD的上升沿為無效信號；在t8時刻fmax翻轉為低電平，但由於此時VZCD為高電平，因而flimit不變化，CTR持續計數，直到t9時刻VZCD變為低電平，此時flimit發生翻轉。
可選地，上述實施例中示出了過零檢測信號包括：電壓的相位信號。而相應地，過零檢測信號還可以包括：電壓的正半週期電壓信號和負半週期電壓信號。此時，需要調整信號檢測單元、ZCD信號獲取單元和信號選擇單元的電路結構。
例如：第15圖為本案信號檢測單元實施例一的結構示意圖，採用單一輔助繞組檢測電感電壓；第16圖為本案信號檢測單元實施例二的結構示意圖，採用中間抽頭輔助繞組檢測電感電壓；第17圖為本案信號檢測單元實施例三的結構示意圖，採用雙輔助繞組檢測電感電壓。其中，本案各實施例中的信號檢測單元均可使用如第15圖-第17圖中以及其他本領域技術人員所熟知的電路結構及實現方式進行替換，此處不再贅述。
第18圖為本案ZCD信號獲取單元實施例一的結構示意圖，適用于電感承受單相變化的Vac交變電壓，將信號檢測單元得到的電感電壓檢測信號VL，通過與比較器的閥值Vref（Vref為電感電流為零時參考電壓值）進行比較，直接輸出過零檢測信號；第19圖為本案ZCD信號獲取單元實施例二的結構示意圖；第20圖為本案ZCD信號獲取單元實施例三的結構示意圖；第21圖為本案ZCD信號獲取單元實施例四的結構示意圖。第19圖~第21圖適用於電感承受雙相變化的Vac交變電壓的場合，第19圖為將信號檢測單元得到的電感電壓檢測信號VL1和VL2輸入到兩個比較器，VL1和VL2互為比較閥值，最終輸出兩個過零檢測信號Vsignal+和Vsignal-到信號選擇單元；第20圖為將信號檢測單元得到的電感電壓檢測信號VL1和VL2輸入到一個比較器，VL1和VL2互為比較閥值，最終只輸出一個過零檢測信號Vsignal+到信號選擇單元；第21圖為將信號檢測單元得到的電感電壓檢測信號VL1和VL2輸入到兩個比較器，分別於比較器的閥值Vref進行比較，最終只輸出兩個過零檢測信號Vsignal+和Vsignal-到信號選擇單元。其中，本案各實施例中的ZCD信號獲取單元均可使用如第18圖-第21圖中以及其他本領域技術人員所熟知的電路結構及實現方式進行替換，此處不再贅述。
第22圖為本案信號選擇單元實施例一的結構示意圖，用於電感承受雙相正負變化Vac交變電壓時會獲取正相和負相兩個過零檢測信號Vsignal+和 Vsignal-，信號選擇單元可以通過判斷Vac電壓相位切換所在相位的電感電壓信號。例如PD為高電平時，讀取Vsignal+信號，control switches通過判斷PD信號，閉合SW1，打開SW2，這時輸出的電感電壓頻率指示信號VZCD信號就是過零檢測信號Vsignal+；反之，當PD為低電平時，輸出的電感電壓頻率指示信號VZCD信號就是Vsignal-信號。
第23圖為本案信號選擇單元實施例二的結構示意圖，其應用兩路MUX（多工器）來做為過零檢測信號的選擇開關，通過相位信號PD（電感承受交變電壓相位）來選擇控制MUX片選使能端決定是否閉合選擇開關來獲取VZCD信號；第24圖為本案信號選擇單元實施例三的結構示意圖，其應用信號開關元件（例如MOSFET、三極管）進行信號選擇，相位信號PD通過控制開關元件的驅動來決定是否閉合選擇開關來獲取VZCD信號；第25圖為本案信號選擇單元實施例四的結構示意圖，其通過邏輯運算器件的組合搭配來實現過零檢測信號的選擇，本實施例中通過邏輯器件或閘、及閘、反及閘實施選擇方法，將相位信號PD和過零檢測信號Vsignal+做與運算，PD取反信號和過零檢測信號Vsignal-做與運算，再將兩路與運算的結果做邏輯或運算，即可得到不同相位所對應的電感電壓頻率指示信號VZCD。當相位信號PD為高電平時，運算最終的輸出結果Vsignal+為最終選擇的VZCD信號，反之PD為低電平時，運算最終的輸出結果Vsignal-為最終選擇的VZCD信號。其中，本案各實施例中的信號選擇單元均可使用如第22圖-第25圖中以及其他本領域技術人員所熟知的電路結構及實現方式進行替換，此處不再贅述。
進一步地，在上述實施例中，第26圖為本案信號選擇單元獲取相位信號實施例一的原理示意圖；第27圖為本案信號選擇單元獲取相位信號實施例二的原理示意圖。第26圖為分別檢測輸入電壓Vac的VL1和VN1線，通過分壓電阻R1、R2和R3獲得VL1’和VN1’，再通過比較器比較最終得到相位信號PD。由於相位信號的檢測線路應用在Totem-pole bridgeless PFC中，因此VL1和VN1的電壓變化受無橋PFC工作狀態影響，在輸入Vac為正相時，VL1為正弦半波，VN1為零電壓，在輸入Vac為負相時，VL1為倒的正弦半波，VN1為輸出Vbus電壓。第27圖為通過差分運放檢測VL1- VN1的差值即為Vac，獲得對應Vac相應比例的Vac’，在將Vac’輸送的比較器與R6和R7的分壓值Vref(調整為Vac’的中點值)比較，最終得到相位信號PD。由於檢測的是VL1-VN1差值，因此檢測的輸出電壓不受bridgeless PFC工作狀態影響一直為Vac。
第28圖為本案控制方法實施例一的流程示意圖。如第28圖所示，本案一實施例中的控制方法包括：
S101：檢測交流側電感的電壓；
S102：根據交流側電感的電壓生成交流側電感電壓的過零檢測信號；
S103：根據過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號；
S104：根據預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於預設頻率閥值的一ZCD觸發信號；
S105：根據ZCD觸發信號生成AC/DC變換器的PWM控制信號。
本案提供的控制方法用於圖3所示的控制電路，其實現方式與原理相同，不再贅述。
此外，本發明一實施例還提供一種電腦可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式，電腦程式被處理器執行時實現上述實施例所示的控制方法。
本發明一實施例還提供一種前置機，其中，包括：
處理器；以及記憶體，用於存儲處理器的可執行指令；
處理器配置為經由執行可執行指令來執行上述實施例所示的控制方法。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本案的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本案進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本案各實施例技術方案的範圍。
L1‧‧‧電感
Vac‧‧‧交流電壓
Q1、Q2‧‧‧開關元件
1‧‧‧信號檢測單元
2‧‧‧ZCD信號獲取單元
3‧‧‧信號選擇單元
4‧‧‧頻率限制單元
5‧‧‧PWM控制信號發生單元
fmax‧‧‧預設頻率閥值的脈衝信號
VZCD‧‧‧電感電壓頻率指示信號
flimit‧‧‧ZCD觸發信號
Va、Vb‧‧‧電壓
Comparator‧‧‧比較器
Vsignal+、Vsignal-‧‧‧過零檢測信號
PD‧‧‧相位信號
Laux1‧‧‧第一繞組
Laux2‧‧‧第二繞組
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
AND1‧‧‧第一邏輯及閘運算器
XAND1‧‧‧第一邏輯反及閘運算器
XAND2‧‧‧第二邏輯反及閘運算器
AND2‧‧‧第二邏輯及閘運算器
OR2‧‧‧第二邏輯或閘運算器
OR1‧‧‧第一邏輯或閘運算器
S101、S102、S103、S104、S105‧‧‧步驟
第1A-1C圖為現有技術PFC系統的電路結構示意圖； 第2圖為現有無橋PFC控制電路的結構示意圖； 第3圖為本案控制電路實施例一的結構示意圖； 第4圖為本案控制電路實施例二的結構示意圖； 第5圖為本案頻率限制單元實施例一的結構示意圖； 第6圖為本案頻率限制單元實施例一的信號時序示意圖； 第7圖為本案頻率限制單元實施例二的結構示意圖； 第8圖為本案頻率限制單元實施例二的信號時序示意圖； 第9圖為本案頻率限制單元對頻率限制的信號時序示意圖； 第10圖為本案工頻正弦半周內角度與工作頻率的關係示意圖； 第11圖為本案控制電路實施例三的結構示意圖； 第12圖為本案控制電路實施例三的電感電壓檢測信號和過零檢測信號時序示意圖； 第13圖為本案控制電路實施例三的電感電壓頻率指示信號時序示意圖； 第14圖為本案控制電路實施例三的ZCD觸發信號時序示意圖； 第15圖為本案信號檢測單元實施例一的結構示意圖； 第16圖為本案信號檢測單元實施例二的結構示意圖； 第17圖為本案信號檢測單元實施例三的結構示意圖； 第18圖為本案ZCD信號獲取單元實施例一的結構示意圖； 第19圖為本案ZCD信號獲取單元實施例二的結構示意圖； 第20圖為本案ZCD信號獲取單元實施例三的結構示意圖； 第21圖為本案ZCD信號獲取單元實施例四的結構示意圖； 第22圖為本案信號選擇單元實施例一的結構示意圖； 第23圖為本案信號選擇單元實施例二的結構示意圖； 第24圖為本案信號選擇單元實施例三的結構示意圖； 第25圖為本案信號選擇單元實施例四的結構示意圖； 第26圖為本案信號選擇單元獲取相位信號實施例一的原理示意圖； 第27圖為本案信號選擇單元獲取相位信號實施例二的原理示意圖； 第28圖為本案控制方法實施例一的流程示意圖。

Claims (13)

  1. 一種控制電路，用於輸出一PWM控制信號，其特徵在於，包括： 信號檢測單元、ZCD信號獲取單元、信號選擇單元、頻率限制單元和PWM控制信號發生單元；該信號檢測單元、該ZCD信號獲取單元、該信號選擇單元、該頻率限制單元和該PWM控制信號發生單元依次連接； 該信號檢測單元，還連接一AC/DC變換器的一交流側電感，用於檢測該交流側電感的電壓，並輸出一電感電壓檢測信號，其中該電感電壓檢測信號有交流信號； 該ZCD信號獲取模組單元，接收該電感電壓檢測信號，生成該交流側電感電壓的過零檢測信號，並將該過零檢測信號向該信號選擇單元輸出； 該信號選擇單元，接收該過零檢測信號，並根據該過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號，並將該電感電壓頻率指示信號向該頻率限制單元輸出； 該頻率限制單元，接收該電感電壓頻率指示信號，根據預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於該預設頻率閥值的一ZCD觸發信號；以及 該PWM控制信號發生單元，接收該ZCD觸發信號，以使該PWM控制信號發生單元根據該ZCD觸發信號生成該AC/DC變換器的PWM控制信號。
  2. 根據請求項1所述的控制電路，其中，該信號檢測單元、該ZCD信號獲取單元、該信號選擇單元和該頻率限制單元均為類比電路。
  3. 根據請求項1所述的控制電路，其中， 該頻率限制單元，被配置成：該預設頻率閥值的脈衝信號和該電感電壓頻率指示信號均為高電平時產生該ZCD觸發信號的第一邊沿信號；在該預設頻率閥值的脈衝信號為高電平期間，該ZCD觸發信號不翻轉； 該預設頻率閥值的脈衝信號的下降沿到來時，若該電感電壓頻率指示信號為低電平，則該ZCD觸發信號翻轉以輸出該ZCD觸發信號的第二邊沿信號，若該電感電壓頻率指示信號為高電平，則該ZCD觸發信號在該電感電壓頻率指示信號的下一個下降沿到來時翻轉以輸出該ZCD觸發信號的第二邊沿信號。
  4. 根據請求項3所述的控制電路，其中，該第一邊沿信號為高電平，該第二邊沿信號為低電平。
  5. 根據請求項4所述的控制電路，其中，該頻率限制單元包括第一邏輯或閘運算器； 該第一邏輯或閘運算器的兩個輸入端分別接收該預設頻率閥值的脈衝信號和該電感電壓頻率指示信號，該第一邏輯或閘運算器對該預設頻率閥值的脈衝信號和該電感電壓頻率指示信號進行或運算，該第一邏輯或閘運算器的輸出端輸出該ZCD觸發信號。
  6. 根據請求項3所述的控制電路，其中，該第一邊沿信號為低電平，該第二邊沿信號為高電平。
  7. 根據請求項6所述的控制電路，其中，該頻率限制單元為邏輯反或閘運算器； 該邏輯反或閘運算器的兩個輸入端分別接收該預設頻率閥值的脈衝信號和該電感電壓頻率指示信號，該邏輯反或閘運算器對該預設頻率閥值的脈衝信號和該電感電壓頻率指示信號進行反或運算，該邏輯反或閘運算器的輸出端輸出該ZCD觸發信號。
  8. 根據請求項1所述的控制電路，其中，該過零檢測信號包括：該電壓的相位信號。
  9. 根據請求項8所述的控制電路，其中，該信號選擇單元包括：第一邏輯及閘運算器、第一邏輯反及閘或者反閘運算器、第二邏輯反及閘或者反閘運算器、第二邏輯及閘運算器和第二邏輯或閘運算器； 該第一邏輯及閘運算器的第一輸入端、該第二邏輯反及閘或者反閘運算器的第一輸入端和第二輸入端接收該過零檢測信號，該第一邏輯及閘運算器的第二輸入端、該第一邏輯反及閘或者反閘運算器的第一輸入端和第二輸入端接收交流電電壓的相位參考信號，該第一邏輯反及閘或者反閘運算器的輸出端和該第二邏輯反及閘或者反閘運算器的輸出端分別連接該第二邏輯及閘運算器的第一輸入端和第二輸入端，該第一邏輯及閘運算器的輸出端和該第二邏輯及閘運算器的輸出端分別連接該第二邏輯或閘運算器的第一輸入端和第二輸入端，該第二邏輯或閘運算器的輸出端向該頻率限制單元輸出ZCD觸發信號。
  10. 根據請求項9所述的控制電路，其中，該ZCD信號獲取單元包括：第一繞組、第二繞組、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容和比較器； 該第一繞組和該第二繞組設置在該PFC電路輸入端的電感上，用於通過該電感的電壓獲取該PFC電路輸入交流電的電壓，該第一繞組的第一端連接該第一電阻的第一端，該第一電阻的第二端連接該第二電阻的第一端、該第一電容的第一端和該比較器的負極輸入端，該第一繞組的第二端連接該第二繞組的第一端、該第一電容的第二端、該第二電容的第一端、該第二電阻的第二端和該第四電阻的第一端，該第二繞組的第二端連接該第三電阻的第一端，該第三電阻的第二端連接該第二電容的第二端、該第四電阻的第二端和該比較器的正極輸入端，該比較器的輸出端該過零檢測信號輸出至該信號選擇單元。
  11. 根據請求項1所述的控制電路，其中，該過零檢測信號包括：該電壓的正半週期電壓信號和負半週期電壓信號。
  12. 根據請求項1所述的控制電路，其中，該PWM控制信號發生單元為數文書處理器。
  13. 一種控制方法，其特徵在於，包括： 檢測一交流側電感的電壓； 根據該交流側電感的電壓生成該交流側電感的電壓的一過零檢測信號； 根據該過零檢測信號生成電感電壓頻率指示信號； 根據一預設頻率閥值的脈衝信號生成頻率不大於該預設頻率閥值的一ZCD觸發信號； 根據該ZCD觸發信號生成一AC/DC變換器的PWM控制信號。
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