过流保护控制方法、电路、开关及存储介质转让专利
申请号 : CN202111607593.4
文献号 : CN113991995B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 踪成林 , 李晨光 , 张海东 , 吴琼 , 吴奕赛 , 邓皓贤 , 朱建国
申请人 : 深圳市永联科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种过流保护控制方法,其特征在于,应用于过流保护控制电路,所述过流保护控制电路包括:控制器、驱动电路和开关电路,所述控制器包括A/D转换模块、运算模块、ePWM模块和环路控制电路,所述A/D转换模块、所述运算模块、所述ePWM模块、所述驱动电路、所述开关电路依次连接,所述环路控制电路连接所述开关电路;
所述方法包括:
所述运算模块将电流差与预设差值进行比较,所述电流差为第一电流与第二电流之间的差值,所述第一电流为所述A/D转换模块在第一采样时间采集的输出电流,所述第二电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于所述第二采样时间;
在所述电流差大于或等于所述预设差值时,所述ePWM模块发送第一驱动信号;
所述驱动电路基于所述第一驱动信号控制所述开关电路的频率为频率最大值;
所述方法还包括:所述运算模块将第三电流与第一电流阈值进行比较,若所述第三电流大于所述第一电流阈值,发送第三驱动信号,所述第三电流为所述A/D转换模块在第三采样时间采集的输出电流,所述第三采样时间大于所述第一采样时间,所述驱动电路基于所述第三驱动信号控制所述开关电路处于断开状态;
若所述第三电流小于或等于所述第一电流阈值,且所述第三电流大于或等于第二电流阈值,或者第一电压大于或等于电压阈值时,通过所述环路控制电路控制所述开关电路的工作频率,所述第一电压为所述A/D转换模块在所述第三采样时间采集的输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:在第三采样时间,所述ePWM模块发送第二驱动信号;
所述驱动电路基于所述第二驱动信号控制所述开关电路的频率为第一频率或第一占空比,所述第一频率为所述频率最大值与k个频率步进的差值,所述第一占空比为所述占空比最小值与k个占空比步进的和,所述k为所述第三采样时间与所述第一采样时间之间的差值。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:在所述电流差大于所述预设差值时,将所述第二电流的值设置为所述第一电流的值。
4.一种过流保护控制电路,其特征在于,所述过流保护控制电路包括:控制器、驱动电路和开关电路,所述控制器包括A/D转换模块、运算模块、ePWM模块和环路控制电路,所述A/D转换模块、所述运算模块、所述ePWM模块、所述驱动电路、所述开关电路依次连接,所述环路控制电路连接所述开关电路;
所述运算模块用于将电流差与预设差值进行比较,所述电流差为第一电流与第二电流之间的差值,所述第一电流为所述A/D转换模块在第一采样时间采集的输出电流,所述第二电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于所述第二采样时间;
所述ePWM模块用于在所述电流差大于或等于所述预设差值时,发送第一驱动信号驱动;
所述驱动电路用于基于所述第一驱动信号控制所述开关电路的频率为频率最大值;
所述运算模块还用于将第三电流与第一电流阈值进行比较,若所述第三电流大于所述第一电流阈值,发送第三驱动信号,所述第三电流为所述A/D转换模块在第三采样时间采集的输出电流,所述第三采样时间大于所述第一采样时间,所述驱动电路还用于基于所述第三驱动信号控制所述开关电路处于断开状态;
若所述第三电流小于或等于所述第一电流阈值,且所述第三电流大于或等于第二电流阈值,或者第一电压大于或等于电压阈值时,所述环路控制电路用于控制所述开关电路的工作频率,所述第一电压为所述A/D转换模块在所述第三采样时间采集的输出电压。
5.根据权利要求4所述的电路,其特征在于,所述ePWM模块还用于在第三采样时间,发送第二驱动信号;
所述驱动电路还用于基于所述第二驱动信号控制所述开关电路的频率为第一频率或第一占空比,所述第一频率为所述频率最大值与k个频率步进的差值,所述第一占空比为所述占空比最小值与k个占空比步进的和,所述k为所述第三采样时间与所述第一采样时间之间的差值,所述第三采样时间大于所述第一采样时间。
6.一种开关,其特征在于,所述开关包括如权利要求4或5所述的过流保护控制电路。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序,其中,所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1‑3任一项所述的方法的步骤。
说明书 :
过流保护控制方法、电路、开关及存储介质
技术领域
背景技术
占空比进行调节来解决输出过流的问题。但是由于电流采样硬件电路与软件的延时,会造
成过流保护的不及时而导致电路损坏。
发明内容
运算模块和ePWM模块,所述A/D转换模块、所述运算模块、所述ePWM模块、所述驱动电路、所
述开关电路依次连接;
电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于所述第
二采样时间;
所述A/D转换模块、所述运算模块、所述ePWM模块、所述驱动电路、所述开关电路依次连接;
第二电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于所
述第二采样时间;
方面所述的方法中所描述的部分或全部步骤。
机执行如本申请实施例第一方面所述的方法中所描述的部分或全部步骤。该计算机程序产
品可以为一个软件安装包。
输出电流,第二电流为A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,第一采样时间大于第
二采样时间;在电流差大于或等于预设差值时,ePWM模块发送第一驱动信号;驱动电路基于
第一驱动信号控制开关电路的频率为频率最大值或占空比为占空比最小值。本申请在检测
到输出电流的电流差大于预设差值时,直接通过驱动电路将开关电路的频率调节至频率最
大值或将占空比调节值占空比最大值,避免了因电流采样硬件电路与软件的延时造成过流
保护不及时的问题,提高了过流保护的有效性。
附图说明
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
请的部分实施例,而并非全部的实施例。基于本申请实施例的描述,本领域技术人员在没有
做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请所保护的范围。
在于覆盖不排他的包含。例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、软件、产品或设备没
有限定于已列出的步骤或单元,而是还包括没有列出的步骤或单元,或还包括对于这些过
程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
值),通过调节占空比可以等效的获得所需要合成的相应幅值和频率的波形。占空比为脉冲
高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比。
分段式设计,通过变换匝数比可以调节输出电压。在输出电压范围内,开关电源的工作区间
一般都会设计在一区(工作频率fs>谐振频率点fr)和二区(工作频率fs=谐振频率点fr),即
感性区。但是在输出负载较大时,如在输出短路的情况下,很容易就进入三区即容性区(fm<
工作频率fs
动电路将开关电路的频率调节至频率最大值或将占空比调节值占空比最大值,避免了因电
流采样硬件电路与软件的延时造成过流保护不及时的问题,提高了过流保护的有效性。
转换模块110、运算模块120和ePWM模块130,所述A/D转换模块110、所述运算模块120、所述
ePWM模块130、所述驱动电路200、所述开关电路300依次连接。
将电源的输出模拟信号转换成数字信号,从而得到在每个采用周期采集的输出电流、输出
电压,即第一电流、第二电流、第三电流、第一电压等。
130。ePWM模块130根据运算结果与波形之间的映射关系,生成对应波形的驱动信号发送给
驱动电路200,驱动电路200基于驱动信号控制开关电路300中晶体管的导通或截止来调节
开关电路的工作频率或占空比,进而解决因输出过流或短路造成的电路元器件损坏的问
题。
Q4、电感Lr、第一电容Cr、第二电容Cf、第一二极管D1、第二二极管D2、电阻R和变压器T1。
和第三晶体管Q3的漏极,所述第一晶体管Q1的源极分别连接所述第二晶体管Q2的漏极、电
感Lr的一端,所述第三晶体管Q3的源极分别连接所述第四晶体管Q4的漏极和所述第一电容
的一端,所述第二晶体管Q2的源极分别连接第四晶体管Q4的源极、以及所述电源的负输入
端,所述电感Lr的另一端连接变压器T1的原边电感Lm的一端,第一电容的另一端连接变压
器T1的原边电感Lm的另一端,变压器T1副边的第一端连接第一二极管D1的阳极,所述第一
二极管D1的阴极分别连接所述第二二极管D2的阴极、第二电容Cf的一端以及电阻R的一端,
所述变压器T1副边的第二端分别连接所述第二电容Cf的另一端和所述电阻R的另一端,所
述变压器T1副边的第三端连接所述第二二极管D2的阳极,所述第一晶体管Q1、第二晶体管
Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4的栅极均连接驱动电路200。
管,该二极管具有0.7V或者0.3V的标准导通压降,电流增大,导通压降也会随着增大,用同
步整流的方式,可降低二极管损耗、提高电源转换效率。
络。第二电容Cf用于滤波,变压器T1的副边经过第一二极管D1和第二二极管D2整流后得到
为负载供电。
率fs,则有三种工作模式,即fs>fr,fm
副边二极管存在反向恢复过程。当fs=fr:原边电感Lm一直被钳位,副边二极管自然过0,不
存在反向恢复过程,能够实现zcs。原边电感Lm(励磁电感)被钳位时电路相当于LRC串联谐
振电路。当fm
耗。
果与波形之间的映射关系,输出该比较结果对应波形的驱动信号。在开关电路300的调制方
式为PFM时,其控制开关电路300中第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体
管Q4的导通,将开关电路300的工作频率fs调节至所设计的最大值fmax,进行过流保护。在
在开关电路300的调制方式为PWM时,其控制开关电路300中第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、
第三晶体管Q3、第四晶体管Q4的导通,将开关电路300的占空比至所设计的最大占空比,来
进行过流保护。
当前工作频率fs。并且减小的过程中实时检测输出电流,若输出电流过大,则进行封波,即
在减小的过程中使用运算模块120将输出电流分别与电流阈值进步比较,若输出电流大于
该电流阈值,则认为开关电源的输出短路,驱动电路200发送驱动信号控制开关电路300中
第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4的均处于截止状态,由于开关
电路300的工作频率是慢慢从fmax开始减小的,因此可以有效的避免进入容性区。
前占空比。并且增加的过程中实时检测输出电流,若输出电流过大,则进行封波,即在增加
的过程中使用运算模块120将输出电流分别与电流阈值进步比较,若输出电流大于该电流
阈值,则认为开关电源的输出短路,驱动电路200发送驱动信号控制开关电路300中第一晶
体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4的均处于截止状态,由于开关电路300
的占空比是慢慢从最小值开始增加的,因此可以有效的避免进入容性区。
进行比较,若输出电流达到该预设电流或输出电压达到该预设电压时,则认为满足环路接
管条件,开关电路300的工作频率fs或占空比D可以由环路控制电路进行接管控制。
形式的指令完成,还可以是通过硬件及软件单元组合执行完成,本申请实施例对此不做限
定。
关电路300的占空比调节至占空比最小值Dmin,然后再按照预设步进Δf减小当前工作频率
或以预设步进ΔD增加当前占空比,来检测电源是否输出短路。从而在电源出现输出过流或
短路时,对其执行保护措施以防止电路损坏。
第二电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于所
述第二采样时间。
以实时检测输出电流的上升斜率。具体为运算模块120将第一采样时间采集的输出电流与
第二采样时间采集的输出电流之间的差值(即电流差)与预设差值进行比较。其中该预设差
值为输出电流上升斜率的判断值。
流,控制器100可以调节开关电路300的工作频率fs或占空比D来进行过流保护。
号。
整至频率最大值fmax或将开关电路300的占空比调整至占空比最小值Dmin。
空比以50%保持不变,D(占空比)= Ton /Ts,其中Ton为晶体管开通时间Ton=t1 ‑ t0,Ts为
开关周期Ton=t2‑t0。则开关电路300的工作频率fs = 1/Ts,且保证50%占空比不变。其中将
工作频率fs调整至频率最大值fmax可以通过将开关电路300的工作周期Ts调节至1/fmax来
实现。
空比调节值占空比最大值,避免了因电流采样硬件电路与软件的延时造成过流保护不及时
的问题,提高了过流保护的有效性。
述第二电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于
所述第二采样时间。
率最大值与k个频率步进的差值,所述第一占空比为所述占空比最小值与k个占空比步进的
和,所述k为所述第三采样时间与所述第一采样时间之间的差值,所述第三采样时间大于所
述第一采样时间。
控制开关电路300中第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4的导通或
截止,使得开关电路300的工作频率fs=fmax‑k*△f,占空比为D=Dmin‑k*△D。其中△f和△D
可以是根据开关电路300中的晶体管的参数预先设置,也可以是控制器预先设置的,本申请
实施例对此不做限定。
流=第一电流,以指示输出电流在第一采样时间未发生输出过流。
的频率调节至频率最大值或将占空比调节值占空比最大值,然后按照预设步进减小开关电
路的工作频率或增加开关电路的占空比,避免了因电流采样硬件电路与软件的延时造成过
流保护不及时的问题,提高了过流保护的有效性。
述第二电流为所述A/D转换模块在第二采样时间采集的输出电流,所述第一采样时间大于
所述第二采样时间。
率最大值与k个频率步进的差值,所述第一占空比为所述占空比最小值与k个占空比步进的
和,所述k为所述第三采样时间与所述第一采样时间之间的差值,所述第三采样时间大于所
述第一采样时间。
过流。具体为运算模块120将第三电流与第一电流阈值进行比较,该第一电流阈值为输出电
流短路的判断值。
第一电流阈值,且第三电流大于或等于第二电流阈值,或者第一电压大于或等于电压阈值
时,通过所述环路控制电路控制所述开关电路的工作频率或占空比,所述第一电压为所述
A/D转换模块在所述第三采样时间采集的输出电压。
第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4的截止,使得开关电路300处于
断开状态,无法输出电流。
进行比较,或将在第三采样时间采集的输出电压(第一电压)与预设电压进行比较,以判断
当前电源的输出是否满足环路接管条件。
所述开关电路300的工作频率fs或占空比D。
130联合控制开关电路300的工作频率fs或占空比D。并且在下一采样时间以预设的频率步
进△f减小当前工作频率fs,或预设的占空比步进△D增加当前占空比。
的频率调节至频率最大值或将占空比调节值占空比最大值,然后按照预设步进减小开关电
路的工作频率或增加开关电路的占空比,并在减小开关电路的工作频率或增加开关电路的
占空比的过程中实时检测输出电流是否大于第一电流阈值,来判断当前输出电流是否短
路,在出现输出短路时进行过流保护封波,并在当前输出满足环路接管条件时,由环路控制
电路来控制开关电路,避免了因电流采样硬件电路与软件的延时造成过流保护不及时的问
题,提高了过流保护的有效性。
可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况,其中A,B可以是单数或者复数。字
符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指
的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b,或c中的至少
一项(个),可以表示:a,b,c,a‑b,a‑c,b‑c,或a‑b‑c,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
和第二信息,只是为了区分不同的信息,而并不是表示这两种信息的内容、优先级、发送顺
序或者重要程度等的不同。
方法的部分或全部步骤。
法实施例中记载的任一方法的部分或全部步骤。该计算机程序产品可以为一个软件安装
包。
述电路中的元器件也可以采用其他相同功能的元器件。另一点,所显示或讨论的相互之间
的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,电路或元器件的间接耦合或通信连
接,可以是电性或其它的形式。
于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变
之处,综上上述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。