一种谐振电路转让专利
申请号 : CN202010196366.6
文献号 : CN111431424B
文献日 : 2021-04-23
发明人 : 杨军 , 徐德飞 , 姜德来
申请人 : 英飞特电子(杭州)股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种谐振电路,其特征在于,包括:谐振主电路、频率控制电路、电容以及电流比较电路;所述谐振主电路的输入端输入直流电压、输出端输出高频交流电流,所述谐振主电路包括开关管,且当所述谐振主电路为半桥拓扑时,所述谐振主电路包括两个开关管,当所述谐振主电路为全桥拓扑时,所述谐振主电路包括四个开关管;所述频率控制电路包括压控振荡器与驱动控制电路;所述压控振荡器的频率控制端与所述电容的第一端连接,所述电容的第二端与所述电流比较电路的输出端连接;所述压控振荡器的反馈端连接固定幅值的直流电,以使所述压控振荡器为所述电容充放电的电流大小不变;
所述电流比较电路,用于接收电流检测信号,并将所述电流检测信号与预设的基准信号进行比较,且当所述电流检测信号不小于所述基准信号时,输出高电平的比较信号至所述电容的第二端并通过所述电容叠加至所述压控振荡器的频率控制端,以使所述压控振荡器停止为所述电容充电;其中,所述电流检测信号表征流经所述谐振主电路中开关管的电流大小;
所述频率控制电路,用于通过所述驱动控制电路输出驱动信号至所述谐振主电路的所述开关管;其中,各所述开关管对应的所述驱动信号的高电平时间分别为所述电容的充电时间与放电时间。
2.根据权利要求1所述的谐振电路,其特征在于,所述电流比较电路包括:运算放大器;所述运算放大器的同相输入端连接所述电流检测信号,所述运算放大器的反相输入端连接所述基准信号,所述运算放大器的输出端连接所述压控振荡器。
3.根据权利要求2所述的谐振电路,其特征在于,所述电流检测信号具体表征流经所述谐振主电路中连接输入电压负极的开关管的电流大小。
4.根据权利要求3所述的谐振电路,其特征在于,检测得到所述电流检测信号的方式为:
检测位于所述连接输入电压负极的开关管一端的检测点的电流大小;相应的,所述连接输入电压负极的开关管串接电阻后连接所述输入电压的负极。
5.根据权利要求1至4任一项所述的谐振电路,其特征在于,还包括:输出控制器、N路整流滤波电路以及与各所述整流滤波电路一一对应的开关;其中,N大于或等于2;各所述整流滤波电路与其对应的所述开关串联后并联于所述谐振主电路的输出端;所述输出控制器连接各所述开关的控制端以及所述频率控制电路;
所述输出控制器,用于输出第一控制信号至所述频率控制器,所述第一控制信号在一个控制周期内包含死区时间与至少N个斩波时间,以使所述频率控制电路在所述死区时间内停止工作,在所述斩波时间内正常工作;并且输出时序不同的第二控制信号至各所述开关,以使所述开关在其对应的所述斩波时间内导通。
6.根据权利要求5所述的谐振电路,其特征在于,所述输出控制器还用于调节与所述整流滤波电路并联的负载的平均电流。
7.根据权利要求6所述的谐振电路,其特征在于,所述输出控制器具体用于通过调节所述斩波时间的宽度和/或所述死区时间的宽度和/或所述控制周期来调节与所述整流滤波电路并联的负载的平均电流。
8.根据权利要求7所述的谐振电路,其特征在于,所述输出控制器还用于:接收调光信号以及所述负载的平均电流的采样信号;
基于所述调光信号以及调光信号与目标输出电流平均值的对应关系,得到目标输出电流值;
将所述目标输出电流值与所述采样信号进行比较,并基于比较结果调节所述负载的平均电流。
9.根据权利要求8所述的谐振电路,其特征在于,所述整流滤波电路包括:整流二极管以及滤波电容;所述整流二极管与所述滤波电容串联。
说明书 :
一种谐振电路
技术领域
背景技术
降低电源的开关损耗,提高功率变换器的功效和功率密度。同时,其中的频率控制电路基于
反馈电路根据副边侧的输出电流生成反馈信号来改变原边侧开关管的工作频率,实现了输
出电流的恒定。
压控振荡器的频率控制端连接有电容,压控振荡器根据反馈信号的大小控制该电容的充电
电流和放电电流的大小。电容的充放电电流大小关系其充放电时间。进一步,压控制振荡器
将电容的充电时间以及放电时间信息输出给频率控制电路中的驱动控制电路,进而驱动控
制电路将放电时间同步为谐振主电路中开关管Q1的驱动信号的高电平时间,将充电时间同
步为谐振主电路中开关管Q2的驱动信号的高电平时间。开关管Q1与Q2的驱动信号的占空比
接近50%。
步为谐振主电路中开关管的驱动信号的高电平时间,从而改变开关管的驱动频率,达到调
节输出电流的目的。然而,上述现有的技术方案的响应速度较慢,响应时间为毫秒级,输出
电流不能被快速调节。
发明内容
为半桥拓扑时,所述谐振主电路包括两个开关管,当所述谐振主电路为全桥拓扑时,所述谐
振主电路包括四个开关管;所述频率控制电路包括压控振荡器与驱动控制电路;所述压控
振荡器的频率控制端与所述电容的第一端连接,所述电容的第二端与所述电流比较电路的
输出端连接;所述压控振荡器的反馈端连接固定幅值的直流电,以使所述压控振荡器为所
述电容充放电的电流大小不变;
至所述电容的第二端并通过所述电容叠加至所述压控振荡器的频率控制端,以使所述压控
振荡器停止为所述电容充电;其中,所述电流检测信号表征流经所述谐振主电路中开关管
的电流大小;
充电时间与放电时间。
路的输出端;所述输出控制器连接各所述开关的控制端以及所述频率控制电路;
时间内停止工作,在所述斩波时间内正常工作;并且输出时序不同的第二控制信号至各所
述开关,以使所述开关在其对应的所述斩波时间内导通。
包括开关管,且当所述谐振主电路为半桥拓扑时,所述谐振主电路包括两个开关管,当所述
谐振主电路为全桥拓扑时,所述谐振主电路包括四个开关管;所述频率控制电路包括压控
振荡器与驱动控制电路;所述压控振荡器的频率控制端与所述电容的第一端连接,所述电
容的第二端与所述电流比较电路的输出端连接;所述压控振荡器的反馈端连接固定幅值的
直流电,以使所述压控振荡器为所述电容充放电的电流大小不变;所述电流比较电路,用于
接收电流检测信号,并将所述电流检测信号与预设的基准信号进行比较,且当所述电流检
测信号不小于所述基准信号时,输出高电平的比较信号至所述电容的第二端并通过所述电
容叠加至所述压控振荡器的频率控制端,以使所述压控振荡器停止为所述电容充电;其中,
所述电流检测信号表征流经所述谐振主电路中开关管的电流大小;所述频率控制电路,用
于通过所述驱动控制电路输出驱动信号至所述谐振主电路的所述开关管;其中,各所述开
关管对应的所述驱动信号的高电平时间分别为所述电容的充电时间与放电时间。
进而基于此电流检测信号得到比较信号,从而有效减少响应时间。另外,较之响应反馈信
号,并通过控制电容的充放电电流大小来改变开关管的驱动信号的高电平时间的现有技
术,本申请所提供的谐振电路,电容的充放电电流大小不变,驱动信号的高电平时间与比较
信号相关联,开关管的工作频率与比较信号的相关联,极大的加快了频率控制电路的响应
速度,实现输出电流的快速调节。
附图说明
例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获
得其他的附图。
具体实施方式
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。
10为半桥拓扑时,谐振主电路10包括两个开关管(如图2所示),这两个开关管互补导通;当
谐振主电路10为全桥拓扑时,谐振主电路10包括四个开关管,这四个开关管两两互补导通
(对于全桥拓扑下四个开关管的排布,本申请在此不作赘述,可参考相关现有技术);频率控
制电路20包括压控振荡器202与驱动控制电路201;压控振荡器202的频率控制端与电容C2
的第一端连接,电容C2的第二端与电流比较电路30的输出端连接;压控振荡器202的反馈端
连接固定幅值的直流电,以使压控振荡器202为电容C2充放电的电流大小不变;
端并通过电容C2叠加至压控振荡器202的频率控制端,以使压控振荡器202停止为电容C2充
电;其中,电流检测信号表征流经谐振主电路10中开关管的电流大小;
及由谐振电感L、谐振电容C、变压器T构成的谐振电路。第一开关管Q1与第二开关管Q2串联
后连接于谐振主电路10的输入端,且第一开关管Q1与第二开关管Q2互补导通,即第一开关
管Q1处于导通状态时,第二开关管Q2处于关断状态,第二开关管Q2处于导通状态时,第一开
关管Q1处于关断状态。变压器T的副边为谐振主电路10的输出端,变压器T负责将谐振电流
从原边转换到副边并输出高频交流电流。
小于基准信号时,输出高电平的比较信号至电容C2的第二端并通过电容C2叠加至压控振荡
器202的频率控制端。其中,电流检测信号表征流经谐振主电路10中开关管的电流大小。即
本申请检测的是流经谐振主电路10中开关管的电流,而非谐振主电路10输出的电流。另外,
基准信号用于设定谐振主电路10输出的高频交流电流的幅值。
连接压控振荡器202。
信号不小于基准信号时,输出比较信号至频率控制电路20中的压控振荡器202,具体输出至
压控振荡器202的频率控制端。
电流大小不变。另外,压控振荡器202的频率控制端(CF端)连接电容C2的第一端。
比较信号的时刻,压控振荡器202将充电过程截止,电容C2从接收到比较信号的时刻开始放
电。也就是说,电容C2的充放电时间与比较信号相关,而非由充放电电流决定。驱动控制电
路201负责输出驱动信号至对应的开关管;其中,各开关管对应的驱动信号的高电平时间分
别为电容的充电时间与放电时间。从而实现开关管的驱动信号的高电平时间与比较信号相
关联,使开关管的工作频率随着比较信号的变化而变化,达到根据比较信号调整开关管的
工作频率,从而达到快速响应的目的。
ISET2=2ISET1。锁存器内部设置一个上限值和一个下限值,当压控振荡器202的CF端的电
压小于下限值时,锁存器输出高电平使放电电流源A停止工作,电容C1由电流ISET1充电;当
压控振荡器202的CF端的电压大于上限值时,锁存器输出低电平使放电电流源A工作,电容
C1由电流ISET2放电。由于电容C1充放电,压控振荡器202的CF端的电压为一个三角波,驱动
控制电路201进一步将电容C1的充电时间同步为开关管Q2的驱动信号的高电平时间,将电
容C1的放电时间同步为开关管Q1的驱动信号的高电平时间。开关管的驱动信号与电容充放
电时间的关系可参考图5所示。
持不变,连接电容C2的第一端,电容C2的第二端与谐振电路中压控振荡器202的频率控制端
(CF端)连接电容C2的第一端,电容C2的第二端与电流比较电路30的输出端相连,当电流检
测信号达到基准信号时,比较电路输出高电平的比较信号(即图4b所示V),并通过电容C2叠
加到压控振荡器202的CF端,从而瞬间升高压控振荡器202的CF端的电平,使压控振荡器202
的CF端的电平触及到锁存器的上限值,进而促使压控振荡器202的CF端停止对电容C2充电,
即CF端的电压三角波开始翻转。当电流检测信号低于基准信号时,比较电路停止工作,压控
振荡器202的CF端继续放电,直至电压小于锁存器的下限值,此后压控振荡器202的CF端通
过电容C2重新开始充电进入新的周期。CF端开始放电时刻根据电流检测信号的变化而变
化,即根据谐振主电路10中开关管的电流大小变化而变化,也即CF端的充电时间在每个开
关周期内响应谐振主电路中开关管的电流的变化,从而实现微秒级的响应速度。
流大小,例如,图3所示的A检测点。此时,相适应的,连接输入电压的负极的开关管串接电阻
(图中所示Rs)后连接输入电压的负极。
号,进而基于此电流检测信号得到比较信号,从而有效减少响应时间。另外,较之响应反馈
信号,并通过控制电容的充放电电流大小以改变开关管的驱动信号的高电平时间的现有技
术,本申请所提供的谐振电路,电容的充放电电流大小不变,驱动信号的高电平时间与比较
信号相关联,开关管的工作频率与比较信号的相关联,极大的加快了频率控制电路的响应
速度,实现输出电流的快速调节。
流滤波电路40与其对应的开关串联后并联于谐振主电路10的输出端;输出控制器50连接各
开关的控制端以及频率控制电路20;输出控制器50,用于输出第一控制信号至频率控制器,
第一控制信号在一个控制周期内包含死区时间与至少N个斩波时间,以使频率控制电路20
在死区时间内停止工作,在斩波时间内正常工作;并且输出时序不同的第二控制信号至各
开关,以使开关在其对应的斩波时间内导通。
电路10的输出端。输出控制器50连接各开关的控制端以及频率控制电路20。
至各整流滤波电路40串联的开关,实现对各开关通断的控制。各开关在其对应的第二控制
信号的斩波时间内导通。由此,负载上流过的平均电流与控制周期以及对应的斩波时间宽
度成线性关系。
至少N个斩波时间。在死区时间内,频率控制电路20停止工作,此时谐振主电路10的各开关
管均断开。在斩波时间内,频率控制电路20正常工作,此时,谐振主电路10按照设定的高频
交流电流的幅值输出。其中,一个控制周期包括多个开关周期。
号控制对应的第一开关导通,使串联该第一开关的支路流过电流,此时此电流实质为谐振
主电路10的输出电流。
号控制对应的第二开关导通,使串联该第二开关的支路流过电流,此时该实质为谐振主电
路10输出电流。
的宽度和/或控制周期来调节与整流滤波电路40并联的负载的平均电流。
制信号的周期的比值,每路负载的平均电流等于二者的乘积。其中,对于第一个参数,谐振
主电路10输出的高频交流电流的幅值,是由电流比较电路30控制的,并且通过频率控制电
路20根据比较信号改变开关管工作频率来实现控制的。对于第二个参数,则可由输出控制
器50来控制,通过调节斩波时间或者死区时间或者控制周期实现。为此,本实施例采用后
者,通过调节斩波时间的宽度和/或死区时间的宽度和/或控制周期来调节与整流滤波电路
40并联的负载的平均电流。
得到目标输出电流值;将目标输出电流值与采样信号进行比较,并基于比较结果调节负载
的平均电流。
电流平均值的对应关系。例如,调光信号与目标输出电流平均值为函数关系。调光信号Dim
为0.1~10V的电压信号,以第一路负载的调光情况为例,需要第一路负载在调光过程的输
出电流Io1的范围在1A~2A,二者为线性关系,则调光信号与目标输出电流平均值的函数关
系可以Dim=k*Io1。
较,并基于比较结果调节负载的平均电流。具体可根据比较结果调整输出控制电路输出的
第一控制信号Vc,通过改变斩波时间、或者死区时间、或者控制周期来调节相应负载上的平
均电流。
对应第一路负载输出的斩波时间t1增加一个增量Δt。循环上述操作,直至第一路负载的输
出电流的采样信号上升至1.2A,即与目标输出电流平均值相等,从而完成校准。
下,应均在本发明的范围内。
核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提
下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护
范围。
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意
在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排
除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。