功率因数校正电路及其控制方法、电源装置、电子设备

申请号 CN202410243787.8 申请日 2024-03-04 公开(公告)号 CN118017824A 公开(公告)日 2024-05-10
申请人 荣耀终端有限公司; 发明人 薛瑞普; 王晓洋; 周海滨; 王亚彪; 彭祥敏;
摘要 本 申请 提供一种功率因数校正 电路 及其控制方法、电源装置、 电子 设备,可实现续 流管 的ZVS和ZCS,实现主控管的ZVS。该功率因数校正电路包括:第一电感、至少一个双向谐振网络模 块 、第一半桥电路和至少一个第二半桥电路,第二半桥电路包括 串联 的主控管和续流管,且与第一半桥电路并联在功率因数校正电路的输出端的两个 接口 之间,输入 电压 的正负极分别与第一半桥电路的第一桥臂中点和第一电感的第一端连接,第一电感的第二端与第二半桥电路的第二桥臂中点连接;双向谐振网络模的第一端与第二桥臂中点连接,双向谐振网络模的第二端与功率因数校正电路的输出端的其中一接口连接,双向谐振网络模的第三端与功率因数校正电路的输出端的另一接口连接。
权利要求

1.一种功率因数校正电路,其特征在于,包括:第一电感、至少一个双向谐振网络模、第一半桥电路和至少一个第二半桥电路,所述第二半桥电路包括主控管和续流管,所述主控管和所述续流管串联,且与所述第一半桥电路并联在所述功率因数校正电路的输出端的两个接口之间,输入电压的正负极分别与所述第一半桥电路的第一桥臂中点和所述第一电感的第一端连接,所述第一电感的第二端与所述第二半桥电路的第二桥臂中点连接;所述双向谐振网络模的第一端与所述第二桥臂中点连接,所述双向谐振网络模的第二端与所述功率因数校正电路的输出端的其中一个接口连接,所述双向谐振网络模的第三端与所述功率因数校正电路的输出端的另一个接口连接;
在预设时间,所述双向谐振网络模块导通,以使所述主控管的源极和漏极的电压差为零。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述双向谐振网络模块包括第二电感、开关模块、第一谐振电容、第二谐振电容;
所述开关模块的输入端与所述第二桥臂中点连接,所述开关模块的输出端与所述第二电感的第一端连接,所述第二电感的第二端与所述第一谐振电容和所述第二谐振电容之间的节点连接,所述第一谐振电容和所述第二谐振电容串联,且并联在所述功率因数校正电路的输出端的两个接口之间。
3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述第一谐振电容和所述第二谐振电容为相同的电容。
4.根据权利要求2所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述第二电感的电感值小于所述第一电感的电感值。
5.根据权利要求2所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述功率因数校正电路还包括控制模块,用于控制所述主控管、续流管和开关模块的开通,还用于控制所述主控管、续流管和开关模块的关断。
6.根据权利要求2‑5任一项所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述功率因数校正电路工作在CRM模式或DCM模式,所述预设时间为所述第一电感中的电流小于I0时的时刻;
I0满足:
U1=L1(dI/dt’),其中,U1为V0‑Vin*1.414,V0为输出电压,Vin为输入电压;L1为第一电感的电感值;dI为I0;
I2=U2*dt’/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2;L2为第二电感的电感值;
2
1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为所述续流管的寄生电容,CS02为所述主控管的寄生电容。
7.根据权利要求2‑5任一项所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述功率因数校正电路工作在CCM模式,所述预设时间为所述续流管关闭前Δt的时刻;
Δt满足:
I2=U2*dt/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2,dt为Δt;L2为第二电感的电感值;
2
1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为所述续流管的寄生电容,CS02为所述主控管的寄生电容。
8.根据权利要求1所述的功率因数校正电路,其特征在于,所述双向谐振网络模块和所述第二半桥电路的数量均为一;或者,
所述双向谐振网络模块和所述第二半桥电路的数量均为三。
9.一种电源装置,其特征在于,用于接收输入电压,并输出第一输出电压;所述电源装置包括:
权利要求1‑8任一项所述的功率因数校正电路,用于接收所述输入电压,并对所述输入电压进行处理后,提供第二输出电压;
直流转换模块,用于将所述第二输出电压进行电压变化后,提供所述第一输出电压。
10.一种电子设备,其特征在于,包括如权利要求9所述的电源装置。
11.一种功率因数校正电路的控制方法,其特征在于,应用于如权利要求1‑8任一项所述的功率因数校正电路;
所述控制方法包括:
确定所述输入电压的极性以及所述功率因数校正电路的工作模式;
根据所述输入电压的极性以及所述功率因数校正电路的工作模式,在预设时间控制所述双向谐振网络模块导通,以使所述主控管的源极和漏极的电压差为零。
12.根据权利要求11所述的功率因数校正电路的控制方法,其特征在于,所述双向谐振网络模块包括第二电感、开关模块、第一谐振电容、第二谐振电容;
所述输入电压的极性为正向或负向,所述功率因数校正电路的工作模式为CRM模式或DCM模式;
根据所述输入电压的极性以及所述功率因数校正电路的工作模式,在预设时间控制所述双向谐振网络模块导通,包括:
在续流阶段,当检测到所述第一电感中的电流小于I0时,控制所述开关模块导通;
检测到所述主控管源极和漏极的电压差为零时,关闭所述开关模块;
I0满足:
U1=L1(dI/dt’),其中,U1为V0‑Vin*1.414,V0为输出电压,Vin为输入电压;L1为第一电感的电感值;dI为I0;
I2=U2*dt’/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2;L2为第二电感的电感值;
2
1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为所述续流管的寄生电容,CS02为所述主控管的寄生电容。
13.根据权利要求11所述的功率因数校正电路的控制方法,其特征在于,所述双向谐振网络模块包括第二电感、开关模块、第一谐振电容、第二谐振电容;
所述输入电压的极性为正向或负向,所述功率因数校正电路的工作模式为CCM模式;
根据所述输入电压的极性以及所述功率因数校正电路的工作模式,在预设时间控制所述双向谐振网络模块导通,包括:
在续流阶段,根据伏秒平衡,在所述续流管关闭前的Δt的时刻,控制所述开关模块导通;
检测到所述主控管源极和漏极的电压差为零时,关闭所述开关模块;
Δt满足:
I2=U2*dt/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2,dt为Δt;L2为第二电感的电感值;
2
1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为所述续流管的寄生电容,CS02为所述主控管的寄生电容。

说明书全文

功率因数校正电路及其控制方法、电源装置、电子设备

技术领域

[0001] 本申请涉及电源技术领域,尤其涉及一种功率因数校正电路及其控制方法、电源装置、电子设备。

背景技术

[0002] 为改善电网质量、减少直流电源系统对电网的污染,大部分中大功率直流电源装置均设有有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,APFC)电路。
[0003] 图腾柱无桥PFC相比于传统有源功率因数校正电路,因具有器件数量少、低传导损耗、最优效率等优点,越来越多的被应用于电源技术领域中。
[0004] 图腾柱无桥PFC主要是通过控制桥臂上的两个主开关管的开通和关断,从而达到功率因素校正的目的。如果采用硬开关技术控制两个主开关管的开通和关断,则会增加图腾柱无桥PFC的开关损耗。因此,如何避免图腾柱无桥PFC中开关管的硬开通,是急需解决的问题。发明内容
[0005] 为了解决上述技术问题,本申请提供一种功率因数校正电路及其控制方法、电源装置、电子设备。可以实现图腾柱功率因数校正电路中续流管的ZVS(零电压开启)和ZCS(电流关断),以及,实现主控管的ZVS。
[0006] 第一方面,本申请实施例提供一种功率因数校正电路,该功率因数校正电路包括:第一电感、至少一个双向谐振网络模、第一半桥电路和至少一个第二半桥电路,第二半桥电路包括主控管和续流管,主控管和续流管串联,且与第一半桥电路并联在功率因数校正电路的输出端的两个接口之间,输入电压的正负极分别与第一半桥电路的第一桥臂中点和第一电感的第一端连接,第一电感的第二端与第二半桥电路的第二桥臂中点连接;双向谐振网络模的第一端与第二桥臂中点连接,双向谐振网络模的第二端与功率因数校正电路的输出端的其中一个接口连接,双向谐振网络模的第三端与功率因数校正电路的输出端的其中另一个接口连接;在预设时间,双向谐振网络模块导通,以使主控管的源极和漏极的电压差为零。示例性的,功率因数校正电路可以为图腾柱无桥PFC。
[0007] 通过在PFC(如图腾柱无桥PFC)内设置双向谐振网络模块,可以实现续流管的ZVS(零电压开启)和ZCS(零电流关断),以及,实现主控管的ZVS,减小开关损耗,大幅提升产品效率,图腾柱无桥PFC功率适应性得到大幅提升。示例性的,当输入电压为单相电时,双向谐振网络模块和第二半桥电路的数量均为一;当输入电压为三相电时,双向谐振网络模块和所述第二半桥电路的数量均为三。
[0008] 根据第一方面,双向谐振网络模块包括第二电感、开关模块、第一谐振电容、第二谐振电容;开关模块的输入端与第二桥臂中点连接,开关模块的输出端与第二电感的第一端连接,第二电感的第二端与所述第一谐振电容和第二谐振电容之间的节点连接,第一谐振电容和第二谐振电容串联,且并联在功率因数校正电路的输出端的两个接口之间。双向谐振网络模块的结构简单。
[0009] 根据第一方面,或者以上第一方面的任意一种实现方式,第一谐振电容和第二谐振电容为相同的电容。这样设置,方便运算。
[0010] 根据第一方面,或者以上第一方面的任意一种实现方式,第二电感的电感值小于第一电感的电感值。可选的,第一电感的电感值远大于第二电感的电感值,使得第二电流谐振电流可以快速追到第一电感关闭前续流电流。
[0011] 示例性的,第一电感的电感值和第二电感的电感值的比值为10:1左右。
[0012] 根据第一方面,或者以上第一方面的任意一种实现方式,功率因数校正电路还包括控制模块,用于控制主控管、续流管和开关模块的开通,还用于控制主控管、续流管和开关模块的关断。控制模块的设置方便对功率因数校正电路各个器件的控制。
[0013] 根据第一方面,或者以上第一方面的任意一种实现方式,功率因数校正电路工作在CRM模式或DCM模式,预设时间为所述第一电感中的电流小于I0时的时刻;I0满足:U1=L1(dI/dt’),其中,U1为V0‑Vin*1.414,V0为输出电压,Vin为输入电压;L1为第一电感的电感2
值;dI为I0;I2=U2*dt’/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2;1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为续流管的寄生电容,CS02为主控管的寄生电容。
[0014] 根据第一方面,或者以上第一方面的任意一种实现方式,功率因数校正电路工作在CCM模式,预设时间为续流管关闭前Δt的时刻;Δt满足:I2=U2*dt/L2,其中,U2为1/2Vo;2
L为L2,dt为Δt;1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为续流管的寄生电容,CS02为主控管的寄生电容。
[0015] 第二方面,本申请实施例还提供一种电源装置,该电源装置用于接收输入电压,并输出第一输出电压;所述电源装置包括:上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的功率因数校正电路,所述的功率因数校正电路,用于接收输入电压,并对输入电压进行处理后,提供第二输出电压;直流转换模块,用于将第二输出电压进行电压变化后,提供第一输出电压。
[0016] 第二方面以及第二方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第二方面以及第二方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
[0017] 第三方面,本申请实施例还提供一种电子设备,其特征在于,包括上述第二方面的电源装置。
[0018] 第三方面以及第三方面的任意一种实现方式分别与第二方面以及第二方面的任意一种实现方式相对应。第三方面以及第三方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第二方面以及第二方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
[0019] 示例性的,电子设备可以为电源适配器等。
[0020] 第四方面,本申请实施例提供一种功率因数校正电路的控制方法,应用于如应用于上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的功率因数校正电路;控制方法包括:确定输入电压的极性以及功率因数校正电路的工作模式;根据输入电压的极性以及功率因数校正电路的工作模式,在预设时间控制双向谐振网络模块导通,以使主控管的源极和漏极的电压差为零。
[0021] 示例性的,输入电压的极性包括正向和负向。
[0022] 示例性的,功率因数校正电路的工作模式包括CRM模式、DCM模式、CCM三种。
[0023] 第四方面以及第四方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
[0024] 根据第四方面,双向谐振网络模块包括第二电感、开关模块、第一谐振电容、第二谐振电容;输入电压的极性为正向或负向,功率因数校正电路的工作模式为CRM模式或DCM模式;根据输入电压的极性以及功率因数校正电路的工作模式,在预设时间控制所述双向谐振网络模块导通,包括:在续流阶段,当检测到第一电感中的电流小于I0时,控制开关模块导通;检测到主控管源极和漏极的电压差为零时,关闭开关模块;
I0满足:U1=L1(dI/dt’),其中,U1为V0‑Vin*1.414,V0为输出电压,Vin为输入电压;L1为第一电感的电感值;dI为I0;I2=U2*dt’/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2;1/2*(L2)*
2
(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为续流管的寄生电容,CS02为主控管的寄生电容。
[0025] 根据第四方面,双向谐振网络模块包括第二电感、开关模块、第一谐振电容、第二谐振电容;输入电压的极性为正向或负向,功率因数校正电路的工作模式为CCM模式;根据输入电压的极性以及功率因数校正电路的工作模式,在预设时间控制双向谐振网络模块导通,包括:在续流阶段,根据伏秒平衡,在续流管关闭前的Δt的时刻,控制开关模块导通;检测到主控管源极和漏极的电压差为零时,关闭开关模块;Δt满足:I2=U2*
2
dt/L2,其中,U2为1/2Vo;L为L2,dt为Δt;1/2*(L2)*(I2)=1/2(CS01+CS02)*V0*V0,其中,CS01为续流管的寄生电容,CS02为主控管的寄生电容。
[0026] 第五方面,本申请实施例提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质包括计算机程序,当计算机程序在电子设备上运行时,使得电子设备执行第四方面以及第四方面中任意一项的功率因数校正电路的控制方法。
[0027] 第五方面以及第五方面的任意一种实现方式分别与第四方面以及第四方面的任意一种实现方式相对应。第五方面以及第五方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
[0028] 第六方面,本申请实施例提供一种计算机程序产品,包括计算机程序,当计算机程序被运行时,使得计算机执行如第四方面或第四方面中任意一项的功率因数校正电路的控制方法。
[0029] 第六方面以及第六方面的任意一种实现方式分别与第四方面以及第四方面的任意一种实现方式相对应。第六方面以及第六方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。
[0030] 第七方面,本申请提供了一种芯片,该芯片包括处理电路、收发管脚。其中,该收发管脚和该处理电路通过内部连接通路互相通信,该处理电路执行如第四方面或第四方面中任意一项的功率因数校正电路的控制方法,以控制接收管脚接收信号,以控制发送管脚发送信号。
[0031] 第七方面以及第七方面的任意一种实现方式分别与第四方面以及第四方面的任意一种实现方式相对应。第七方面以及第七方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果,此处不再赘述。附图说明
[0032] 图1为不同模式下的电感电流曲线;图2为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图;
图3为图2所示电子设备的一种应用场景图;
图4为本申请实施例提供的又一种电子设备的结构示意图;
图5为本申请实施例提供的一种电源装置的结构示意图;
图6为一种图腾柱无桥PFC的结构示意图;
图7为本申请实施例提供的一种图腾柱无桥PFC的结构示意图;
图8为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的工作时序图;
图9为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的一种工作过程图;
图10为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图11为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图12为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图13为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图14为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图15为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图16为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图17为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图18为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图;
图19为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的控制方法的流程图
图20为本申请实施例提供的又一种图腾柱无桥PFC的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是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作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。
[0034] 本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。
[0035] 本申请实施例的说明书权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象,而不是用于描述对象的特定顺序。例如,第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象,而不是用于描述目标对象的特定顺序。
[0036] 在本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0037] 在本申请实施例的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是指两个或两个以上。例如,多个处理单元是指两个或两个以上的处理单元;多个系统是指两个或两个以上的系统。
[0038] 本申请中所描述的连接关系指的是直接或间接连接。例如,A与B连接,既可以是A与B直接连接,也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接,例如可以是A与C直接连接,C与B直接连接,从而使得A与B之间通过C实现了连接。还可理解的,本申请中所描述的“A连接B”可以是A与B直接连接,也可以是A与B通过一个或多个其它电学元器件间接连接。
[0039] 为了便于理解,在介绍本申请的技术方案之前,先对本申请涉及的技术术语进行简单说明。
[0040] APFC技术按照电感电流是否连续,可分为断续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)、连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM)和介于两者之间的临界导通模式(Critical Conduction Mode,CRM;或,Boundary Conduction Mode,BCM)。参见图1,图1为不同模式下的电感电流曲线,图1中的(1)为CCM模式,图1中的(2)为CRM模式,图1中的(3)为DCM模式。
[0041] CCM模式为:在开关周期内,电感电流从不会到零。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不回到零,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。
[0042] CRM模式为:一旦检测到电流等于零,功率开关立即闭合。
[0043] DCM模式为:在开关周期内,意味着电感被适当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。
[0044] 软开关技术应用谐振的原理,使开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时,使器件关断(或电压为零时,使器件开通),从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题,而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。软开关技术包括零电压开关(Zero Voltage Switch,ZVS)和零电流开关(Zero Current Switch,ZCS)。
[0045] ZVS是指:功率开关管导通时,其上电压为零;ZCS是指:在关断时,功率开关管的电流为零。
[0046] 在初步说明了上述技术术语之后,接下来对本申请实施例进行说明。
[0047] 参见图2,图2为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图2所示,电子设备1包括电源装置11。电源装置11用于接收输入电压Vin,并对输入电压Vin进行处理后,提供输出电压Vout,为电子设备1后续连接的待供电设备供电。在一些实施例中,输入电压Vin可以是外部电源提供的,还可以是电子设备1的内部电源提供的。
[0048] 如图2所示的电子设备1可以是电源适配器、充电器、汽车充电站、移动电源等供电设备。
[0049] 参见图3,图3为图2所示电子设备的一种应用场景图。如图3所示,图2所示的电子设备1为电源适配器,电源适配器为与其连接的手机2供电,具体的,市电Vin输出至电源适配器,电源适配器内的电源装置11将市电Vin转换为符合手机2充电或供电标准的较低电压Vout后输出,为手机2进行充电或供电。
[0050] 参见图4,图4为本申请实施例提供的又一种电子设备的结构示意图。如图4所示,电子设备1包括电源装置11和负载12。电源装置11用于接收输入电压Vin,并对输入电压Vin进行处理后,提供输出电压Vout为负载12供电。在一些实施例中,输入电压Vin可以是外部电源提供的,或者还可以是电子设备1的内部电源提供的。
[0051] 如图4所示的电子设备1可以是手机、笔记本电脑、车载电脑、电脑机箱、电视、智慧平板、交互平板、电动汽车、智能家具设备、智能手表或可穿戴设备等用电设备。
[0052] 参见图5,图5为本申请实施例提供的一种电源装置的结构示意图。如图5所示,本申请实施例提供的电源装置11包括:图腾柱无桥PFC 111和直流转换模块112。电源装置11用于接收输入电压Vin,并进行功率因数校正处理后,提供输出电压Vout。输入电压Vin可以为交流电,输出电压Vout可以为直流电。
[0053] 具体的,图腾柱无桥PFC 111用于接收电源装置11的输入电压Vin,对电源装置11的输入电压Vin进行整流处理,并进行功率因数校正处理后,向直流转换模块112提供输出电压V0(为了区分,该输出电压也称为第二输出电压)。图腾柱无桥PFC 111的输出电压V0为直流电。直流转换模块112用于接收图腾柱无桥PFC 111的输出电压V0,并对输出电压V0进行电压变换(包括升压或降压等)后,提供电源装置11的输出电压Vout(为了区分,该输出电压也称为第一输出电压)。其中,直流转换模块112可以包括直流‑直流转换器(DC‑to‑DC converter,简称为DC‑DC转换器)等。
[0054] 参见图6,图6为一种图腾柱无桥PFC的结构示意图。如图6所示,图腾柱无桥PFC 111包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4,其中,第一开关S1和第二开关S2串联形成第一半桥电路111a,输入电压Vin的正负极分别与第一半桥电路111a的第一桥臂中点A和第一电感L1的一端连接,第一半桥电路111a还并联在图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口之间。第三开关S3和第四开关S4串联形成第二半桥电路111b,第二半桥电路111b的第二桥臂中点B连接第一电感L1的另一端,第二半桥电路111b还并联在图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口之间。此外,第一电容C1并联在图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口之间。
[0055] 对于第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4的类型,在一些实施例中,图腾柱无桥PFC 111的开关(第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4)可以是金属化物半导体场效应管(Metal‑Oxide‑Semiconductor Field‑Effect Transistor,MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、双极型功率晶体管(bipolar power transistor)或宽禁带半导体场效应管中的任意一种。
[0056] 可以理解的是,当第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4是MOSFET等时,第一开关S1的源极和漏极之间存在第一寄生电容CS1,第二开关S2的源极和漏极之间存在第二寄生电容CS2,第三开关S3的源极和漏极之间存在第三寄生电容CS3(或标记为CS01),第四开关S4的源极和漏极之间存在第四寄生电容CS4(或标记为CS02)。
[0057] 电子设备1内还设置有控制模块(图中未示出),第一开关S1的控制端G1、第二开关S2的控制端G2、第三开关S3的控制端G3和第四开关S4的控制端G4均与控制模块连接,控制模块用于向第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4发送控制信号,通过控制信号控制第一开关S1的导通或关闭、第二开关S2的导通或关闭、第三开关S3的导通或关闭以及第四开关S4的导通或关闭,例如,控制信号为低电平信号时,开关导通,控制信号为高电平信号时,开关关闭;或者,控制信号为高电平信号时,开关导通,控制信号为低电平信号时,开关关闭。
[0058] 其中,控制模块可以是中央处理单元(central processing unit,CPU)、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、现成可编程阵列(field‑programmable gate array,FPGA)等可以控制开关导通或关闭的器件。
[0059] 通过控制模块控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4的导通状态(导通或关闭),使得图腾柱无桥PFC 111可以对电源装置11的输入电压Vin进行整流处理,并进行功率因数校正处理后,向直流转换模块112提供输出电压V0,下述内容将进行详细介绍,此处不再赘述。
[0060] 控制模块在控制第三开关S3的导通或关闭以及第四开关S4的导通或关闭时,一般采用的是硬开关技术,这样,增加了图腾柱无桥PFC的开关损耗。而如果图腾柱无桥PFC采用ZVS技术,也主要集中在CRM模式和DCM模式,无法支持CCM模式。CCM模式具有电感电流纹波小,峰值电流低以及控制简单,功率拓展性高等优点,因此,图腾柱无桥PFC技术急需实现CCM模式下ZVS能
[0061] 基于此,本申请实施例还提供一种图腾柱无桥PFC,通过在图6所示的图腾柱无桥PFC的基础上,引入双向谐振网络模块,这样,图腾柱无桥PFC 111在CRM、DCM、CCM三种模式下,均可实现ZVS特性,减小开关损耗,大幅提升产品效率,图腾柱无桥PFC功率适应性得到大幅提升。
[0062] 下面结合附图,对本申请提供的图腾柱无桥PFC的具体结构进行详细介绍。
[0063] 参见图7,图7为本申请实施例提供的一种图腾柱无桥PFC的结构示意图。如图7所示,图腾柱无桥PFC 111不仅包括上述所述的第一电感L1、第一电容C1、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4;还包括双向谐振网络模块111c,双向谐振网络模块111c包括开关模块S5、第二电感L2、第二电容(也称为第一谐振电容)C2和第三电容(也称为第二谐振电容)C3。第二电容C2和第三电容C3串联之后,并联在图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口之间。开关模块S5和第二电感L2串联在半桥电路111b的第二桥臂中点B和第二电容C2和第三电容C3之间的节点D之间,具体的,开关模块S5的输入端IN与半桥电路111b的第二桥臂中点B连接,开关模块S5的输出端OUT与第二电感L2的一端连接,第二电感L2的另一端与第二电容C2和第三电容C3之间的节点D连接,开关模块S5的控制端EN1与控制模块连接。控制模块还用于向开关模块S5发送控制信号,通过控制信号控制开关模块S5的导通或关闭。当开关模块S5导通时,开关模块S5的输入端IN和开关模块S5的输出端OUT连接,当开关模块S5关闭时,开关模块S5的输入端IN和开关模块S5的输出端OUT断开。示例性的,控制信号为低电平信号时,开关模块S5导通,控制信号为高电平信号时,开关模块S5关闭;或者,第二控制信号为高电平信号时,开关模块S5导通,第二控制信号为低电平信号时,开关模块S5关闭。
[0064] 对于开关模块S5的类型,本申请实施例不作限定,本领域技术人员可以根据实际情况选择。示例性的,开关模块S5包括但不限于三极管、Si‑MOS、SiC‑MOS、IGBT、GaN等具备检测能力的高速开关模块。
[0065] 在一些实施例中,第二电容C2和第三电容C3可以为相同的电容,当然,这并不构成对本申请的限定,本领域技术人员可以根据实际情况选择电容的规格。下述内容以第二电容C2和第三电容C3为相同的电容为例进行说明。
[0066] 在一些实施例中,第二电感L2的电感值小于第一电感L1的电感值。
[0067] 下面结合图8所示的图腾柱无桥PFC的工作时序,对图7中提供的图腾柱无桥PFC的具体工作过程进行说明。其中,输入电压Vin为交流信号,交流信号可以为正弦交流信号。正弦交流信号包括交流正周期和交流负周期。图8中,G1对应的波形为第一开关S1的控制端G1接收的信号的波形,G2对应的波形为第二开关S2的控制端G2接收的信号的波形,G3对应的波形为第三开关S3的控制端G3接收的信号的波形,G4对应的波形为第四开关S4的控制端G4接收的信号的波形,EN1对应的波形为开关模块S5的控制端EN1接收的信号的波形,|IL1|对应的波形为第一电感L1中的电流波形的绝对值,|IL2|对应的波形为第二电感L2中的电流波形的绝对值。此外,下述内容中,以控制信号为高电平信号时,开关S1‑S4、开关模块S5导通,控制信号为低电平信号时,开关S1‑S4、开关模块S5关闭为例进行的说明。
[0068] 首先,对输入电压Vin为交流正周期时的图腾柱无桥PFC的具体工作过程进行说明。
[0069] 参见图9,图9为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的一种工作过程图,图9中的箭头为信号流的方向。如图8和9所示,在t0时刻‑t1时刻之间的时间段:控制模块分别向第一开关S1的控制端G1、第二开关S2的控制端G2、第三开关S3的控制端G3、第四开关S4的控制端G4以及开关模块S5的控制端EN1发送控制信号,其中,第一开关S1、第三开关S3和开关模块S5接收的控制信号为低电平信号,使第一开关S1、第三开关S3和开关模块S5关闭;第二开关S2和第四开关S4接收的控制信号为高电平信号,使第二开关S2和第四开关S4导通。第二开关S2和第四开关S4导通时,输入电压Vin给第一电感L1储能,第一电感L1中的电流逐渐增大,信号流如图9的实线箭头所示。值得注意的是,当交流正周期时,第二开关S2的控制端G2的控制信号一直为高电平信号,第一开关S1的控制端G1的控制信号一直为低电平信号,即,当交流正周期时,第二开关S2一直保持导通,第一开关S1一直保持关闭。
[0070] 参见图10,图10为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图10中的箭头为信号流的方向。如图8和10所示,在t1时刻‑t2时刻之间的时间段:第四开关S4的控制端G4接收的控制信号由高电平信号变为低电平信号,其他控制端的控制信号保持不变,故此时间段,第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4和开关模块S5为关闭状态,第二开关S2为导通状态。第一电感L1中的电流不会突变,向第三开关S3的寄生电容CS3和第四开关S4的寄生电容CS4充电,第一电感L1中的电流逐渐降低。在t2时刻,寄生电容CS3两端的电压相等,如均达到V0时,第三开关S3具有ZVS开启条件,因此,在t2时刻,控制模块向第三开关S3的控制端G3发送的控制信号由低电平信号变为高电平信号,使得第三开关S3导通,即第三开关S3实现ZVS开启。其中,当交流正周期时,用于向第一电感L1充电的第四开关S4也称为主控管,用于对第一电感L1进行放电的第三开关S3也称为续流管。
[0071] 参见图11,图11为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图11中的箭头为信号流的方向。如图8和11所示,在t2时刻‑t3时刻之间的时间段:第一开关S1、第四开关S4和开关模块S5继续保持关闭状态,第二开关S2和第三开关S3继续保持导通状态。第一电感L1中储存的能量如图11箭头所示电流路径给负载供电,实现能量释放,即第一电感L1中储存的能量经第三开关S3、图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口以及第二开关S2放电,从而向直流转换模块112提供输出电压V0,其中,在t2时刻‑t3时刻之间的时间段,第一电感L1中的电流继续降低。
[0072] 参见图12,图12为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图12中的箭头为信号流的方向,实线箭头和虚线箭头分别代表不同的信号流。如图8和12所示,在t3时刻‑t4时刻之间的时间段:t3时刻(预设时间),开关模块S5的控制端EN1接收的控制信号由低电平信号变为高电平信号,其他控制端的控制信号保持不变,故在t3时刻,开关模块S5导通。其中,当图腾柱无桥PFC为CCM模式时,t3时刻为第三开关S3关闭前Δt(Δt的确定将在后续内容进行介绍,此处不再赘述)的时刻;当图腾柱无桥PFC为CRM或DCM模式时,t3时刻为第一电感L1中的电流小于I0(I0的确定将在后续内容进行介绍,此处不再赘述)时的时刻。
[0073] t3时刻之后、t4时刻之前的时间段,第一开关S1和第四开关S4为关闭状态,第二开关S2、第三开关S3和开关模块S5为导通状态。因为图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口的电压为V0,而第二电容C2和第三电容C3为相同的电容,因此,第二电容C2和第三电容C3之间的节点D处的电压为0.5V0;又因为第三开关S3导通,使得半桥电路111b的桥臂中点B处的电压为V0,因此,当开关模块S5导通时,第二电感L2两端的电压差为0.5V0。根据电感两端的电压与电流关系公式:U=L(dI/dt),当U和L固定(U为0.5V0,L为L2)时,流经第二电感L2两端的电流线性增加,而第一电感L1中的电流继续降低。
[0074] t4时刻,流经第二电感L2的电流与流经第一电感L1的电流相等。根据基尔霍夫电流定律,当流经第二电感L2的电流与流经第一电感L1的电流相等时,流经第三开关S3电流为零,此时,关断第三开关S3,实现零电流关断,即第三开关S3实现ZCS关断。
[0075] 参见图13,图13为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图13中的箭头为信号流的方向。如图8和13所示,在t4时刻‑t5时刻之间的时间段:第一开关S1、第三开关S3和第四开关S4继续保持关闭状态,第二开关S2和开关模块S5继续保持导通状态。第三开关S3在关断的瞬间,第四开关S4的第四寄生电容CS4两端的电压仍为V0,即半桥电路111b的桥臂中点B处的电压仍为V0,第二电感L2两端的电压差仍为0.5V0,流经第二电感L2两端的电流继续增加,使得第二电感L2两端的电流大于第一电感L1两端的电流。因为第二电感L2两端的电流大于第一电感L1两端的电流,所以需要第三寄生电容CS3和第四寄生电容CS4同步放电为第二电感L2提供能量。当第三寄生电容CS3和第四寄生电容CS4能量放完,第四开关S4的Vds等于零,第四开关S4导通,实现ZVS,进入到下一个开关周期,即继续重复t1时刻‑t5时刻之间的过程。
[0076] 可以理解的是,第四开关S4导通时,第二电感L2的能量不为零,即,进入到下一个开关周期的t1时刻‑t2时刻之间的时间段的过程时,第二电感L2的能量不为零,因此,第二电感L2在t4时刻‑t5时刻之间的时间段储存的能量在下一个开关周期的t1时刻‑t2时刻之间的时间段内给负载供电,C2、C3中间电压回到0.5V0,信号流如图9的虚线箭头所示。
[0077] 综上,通过在图腾柱无桥PFC内设置双向谐振网络模块,可以实现第三开关(续流管)S3的ZVS(零电压开启)和ZCS(零电流关断),以及,实现第四开关(主控管)S4的ZVS,减小开关损耗,大幅提升产品效率,图腾柱无桥PFC功率适应性得到大幅提升。
[0078] 接着,对输入电压Vin为交流负周期时的图腾柱无桥PFC的具体工作过程进行说明。
[0079] 参见图14,图14为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的一种工作过程图,图14中的箭头为信号流的方向。如图8和14所示,在t0时刻‑t1时刻之间的时间段:控制模块分别向第一开关S1的控制端G1、第二开关S2的控制端G2、第三开关S3的控制端G3、第四开关S4的控制端G4以及开关模块S5的控制端EN1发送控制信号,其中,第二开关S2、第四开关S4和开关模块S5接收的控制信号为低电平信号,使第二开关S2、第四开关S4和开关模块S5关闭;第一开关S1和第三开关S3接收的控制信号为高电平信号,使第一开关S1和第三开关S3导通。第一开关S1和第三开关S3导通时,输入电压Vin给第一电感L1储能,第一电感L1中的电流的绝对值逐渐增大,信号流如图14的实线箭头所示。可以理解的是,实际上,交流正周期和交流负周期的电流是反相的。值得注意的是,当交流负周期时,第二开关S2的控制端G2的控制信号一直为低电平信号,第一开关S1的控制端G1的控制信号一直为高电平信号,即,当交流负周期时,第二开关S2一直保持关闭,第一开关S1一直保持导通。
[0080] 参见图15,图15为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图15中的箭头为信号流的方向。如图8和15所示,在t1时刻‑t2时刻之间的时间段:第三开关S3的控制端G3接收的控制信号由高电平信号变为低电平信号,其他控制端的控制信号保持不变,故此时间段,第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4和开关模块S5为关闭状态,第一开关S1为导通状态。第一电感L1向第三开关S3的寄生电容CS3和第四开关S4的寄生电容CS4放电,第一电感L1中的电流的绝对值逐渐降低。在t2时刻,寄生电容CS4两端的电压相等,如均达到0时,第四开关S4具有ZVS开启条件,因此,在t2时刻,控制模块向第四开关S4的控制端G4发送的控制信号由低电平信号变为高电平信号,使得第四开关S4导通,即第四开关S4实现ZVS开启。其中,当交流负周期时,用于向第一电感L1充电的第三开关S3也称为主控管,用于对第一电感L1进行放电的第四开关S4也称为续流管。
[0081] 参见图16,图16为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图16中的箭头为信号流的方向。如图8和16所示,在t2时刻‑t3时刻之间的时间段:第四开关S4的控制端G4接收的控制信号由低电平信号变为高电平信号,其他控制端的控制信号保持不变,故此时间段,第二开关S2、第三开关S3和开关模块S5为关闭状态,第一开关S1、第四开关S4为导通状态。第一电感L1中储存的能量如图16箭头所示电流路径给负载供电,实现能量释放,即第一电感L1中储存的能量经第一开关S1、图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口以及第四开关S4放电,从而向直流转换模块112提供输出电压V0,其中,在t2时刻‑t3时刻之间的时间段,第一电感L1中的电流的绝对值继续降低。
[0082] 参见图17,图17为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图17中的箭头为信号流的方向,实线箭头和虚线箭头分别代表不同的信号流。如图8和17所示,在t3时刻‑t4时刻之间的时间段:t3时刻,开关模块S5的控制端EN1接收的控制信号由低电平信号变为高电平信号,其他控制端的控制信号保持不变,故在t3时刻,开关模块S5导通。其中,当图腾柱无桥PFC为CCM模式时,t3时刻为第四开关S4关闭前Δt(Δt的确定将在后续内容进行介绍,此处不再赘述)的时刻;当图腾柱无桥PFC为CRM或DCM模式时,t3时刻为第一电感L1中的电流小于I0(I0的确定将在后续内容进行介绍,此处不再赘述)时的时刻。
[0083] t3时刻之后、t4时刻之前的时间段,第二开关S2和第三开关S3为关闭状态,第一开关S1、第四开关S4和开关模块S5为导通状态。因为图腾柱无桥PFC 111的输出端的a接口和b接口的电压为V0,而第二电容C2和第三电容C3为相同的电容,因此,第二电容C2和第三电容C3之间的节点D处的电压为0.5V0;又因为第四开关S4导通,使得半桥电路111b的桥臂中点B处的电压为0,因此,当开关模块S5导通时,第二电感L2两端的电压差为0.5V0。根据电感两端的电压与电流关系公式 U=L(dI/dt),当U和L固定(U为0.5V0,L为L2)时,流经第二电感L2两端的电流线性增加,而第一电感L1中的电流的绝对值继续降低。
[0084] t4时刻,流经第二电感L2的电流与流经第一电感L1的电流相等。根据基尔霍夫电流定律,当流经第二电感L2的电流与流经第一电感L1的电流相等时,流经第四开关S4电流为零,此时,关断第四开关S4,实现零电流关断,即第四开关S4实现ZCS关断。
[0085] 参见图18,图18为本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC的又一种工作过程图,图18中的箭头为信号流的方向。如图8和18所示,在t4时刻‑t5时刻之间的时间段:第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4继续保持关闭状态,第一开关S1和开关模块S5继续保持导通状态。第四开关S4两端的电压为V0,第二电感L2两端的电压差仍为0.5V0,流经第二电感L2两端的电流继续增加,使得第二电感L2两端的电流大于第一电感L1两端的电流。因为第二电感L2两端的电流大于第一电感L1两端的电流,所以需要第二电感L2释放能量向第三寄生电容CS3和第四寄生电容CS4同步充电。当第三寄生电容CS3两端的电压达到V0时,第三开关S3的Vds等于零,第三开关S3导通,实现ZVS,进入到下一个开关周期,即继续重复t1时刻‑t5时刻之间的过程。
[0086] 可以理解的是,由于在t4时刻‑t5时刻之间的时间段,第二电感L2释放能量,第二电容C2和第三电容C3之间节点D处的电压降低,第一电容C1反向补充能量,但是第三开关S3导通时,第二电容C2和第三电容C3之间节点D处的电压仍较低,因此,在第三开关S3导通,进入到下一个开关周期的t1时刻‑t2时刻之间的时间段的过程后,第一电容C1继续反向补充能量,C2、C3中间电压回到0.5V0,信号流如图14的虚线箭头所示。
[0087] 综上,通过在图腾柱无桥PFC内设置双向谐振网络模块,可以实现第四开关(续流管)S4的ZVS(零电压开启)和ZCS(零电流关断),以及,实现第三开关(主控管)S3的ZVS,减小开关损耗,大幅提升产品效率,图腾柱无桥PFC功率适应性得到大幅提升。
[0088] 通过上述内容可知,通过在图腾柱无桥PFC内设置双向谐振网络模块,可以实现续流管的ZVS(零电压开启)和ZCS(零电流关断),以及,实现主控管的ZVS,减小开关损耗,大幅提升产品效率,图腾柱无桥PFC功率适应性得到大幅提升。
[0089] 本申请实施例还提供一种图腾柱无桥PFC的控制方法,该控制方法例如可以应用于上述内容中的图腾柱无桥PFC,具有相同的有益效果,在该下述内容中未详尽描述的细节内容,可以参考上述图腾柱无桥PFC对应的内容。下面再次结合图7对图腾柱无桥PFC的控制方法进行介绍。
[0090] 如图19所示,图腾柱无桥PFC的控制方法可通过如下步骤实现:S101、判断输入电压Vin的极性,若输入电压Vin的极性为正向时,则执行步骤
S102;若输入电压Vin的极性为负向时,则执行步骤S107。
[0091] 一种场景中,电子设备为电源适配器,电源适配器为手机进行充电。当电源适配器接入市电时,市电的输入电压Vin为交流信号,交流信号可以为正弦交流信号。正弦交流信号包括交流正周期和交流负周期。当输入电压Vin为交流正周期时,输入电压Vin的极性为正向;当输入电压Vin为交流正负时,输入电压Vin的极性为负向。可以是控制模块判断输入电压Vin的极性。
[0092] S102、判断图腾柱无桥PFC的充电工作模式,若工作模式为CRM模式或DCM模式,则执行步骤S103;若工作模式为CCM模式时,则执行步骤S104。
[0093] 充电工作模式包括CRM模式、DCM模式和CCM模式三种。可以是控制模块采集图腾柱无桥PFC 11内的电流,确定此时电流对应的工作模式。
[0094] S103、在续流阶段,当检测到第一电感L1的电流小于I0时,控制开关模块S5导通,然后执行步骤S105。
[0095] 由图8中|IL1|对应的波形可知,第一电感L1分为储能阶段和释放能量阶段,储能阶段,即t0时刻‑t1时刻对应的时间段,第一电感L1中的电流逐渐上升,直至最大值;释放能量阶段,即t1时刻‑t5时刻对应的时间段,第一电感L1中的电流由最大值逐渐下降。续流阶段,即为释放能量的阶段,亦即第一电感L1中的电流逐渐下降的阶段。在第一电感L1中的电流由最大值开始下降到I0时,控制模块控制开关模块S5导通。
[0096] I0具体计算值如下:根据电感两端的电压与电流关系公式:U=L(dI/dt),其中,U(即U1)为V0‑Vin*
1.414;L为L1(即第一电感的电感值);dI为I0,由此可以确定此时dt’。
[0097] 且根据电感两端的电压与电流关系公式:U=L(dI/dt),可以确定第二电感L2的谐振电流I2=U*dt/L,其中,U(即U2)为1/2Vo;L为L2;t为dt’。
[0098] 因为,只有当L2储存的能量大于需要释放的CS4和CS3的能量之和,才能确保第四2 2
开关S4的ZVS,因此,根据1/2*(L2)*I=1/2(CS3+CS4)*V0*V0,其中,1/2*L2*I 为电感L2在通过电流I时候的储存的能量的公式,1/2(CS3+CS4)*V0*V0为CS4和CS3的能量关系式。可以确定出I0。
[0099] 可以理解的是,在续流阶段之前,还包括储能阶段,即在S103之前,图腾柱无桥PFC的控制方法还包括:t0时刻‑t1时刻之间的时间段对应的各个开关的工作过程。
[0100] S104、在续流阶段,根据伏秒平衡,第三开关S3关闭前的Δt的时刻,控制开关模块S5导通,然后执行步骤S105。
[0101] 第三开关S3即为续流管,续流管关闭前Δt时间,控制开关模块S5导通。
[0102] Δt具体计算值如下:L1远大于L2,因此L2谐振电流可以快速追到L1关闭前续流电流;L2谐振电流I2=U*dt/L,其中,U为1/2Vo;L为L2;t为Δt。
[0103] 因为,只有当L2储存的能量大于需要释放的CS4和CS3的能量之和,才能确保第四2
开关S4的ZVS,因此,根据1/2*(L2)*I=1/2(CS3+CS4)*V0*V0,可以确定出Δt。
[0104] S105、判断第四开关S4的Vds电压是否为零,若是,则执行步骤S106。
[0105] 其中,Vds即为第四开关S4的源极和漏极的电压差。第四开关S4的源极和漏极的电压差为零时,CS4的能量放完,则第四开关(即主控管)S4实现ZVS,进入到下一个开关周期。
[0106] S106、控制开关模块S5关闭。
[0107] 下一个开关周期即为重复t1时刻‑t5时刻之间的过程。故在下一个开关周期开始前,需要关闭开关模块S5。
[0108] S107、判断图腾柱无桥PFC的充电工作模式,若工作模式为CRM模式或DCM模式,则执行步骤S108;若工作模式为CCM模式时,则执行步骤S109。
[0109] 充电工作模式包括CRM模式、DCM模式和CCM模式三种。可以是控制模块采集图腾柱无桥PFC 11内的电流,确定此时电流对应的工作模式。
[0110] S108、在续流阶段,当检测到第一电感L1的电流小于I0时,控制开关模块S5导通,然后执行步骤S110。
[0111] 由图8中|IL1|对应的波形可知,第一电感L1分为储能阶段和释放能量阶段,储能阶段,即t0时刻‑t1时刻对应的时间段,第一电感L1中的电流绝对值逐渐上升,直至最大值;释放能量阶段,即t1时刻‑t5时刻对应的时间段,第一电感L1中的电流绝对值由最大值逐渐下降。续流阶段,即为释放能量的阶段,亦即第一电感L1中的电流绝对值逐渐下降的阶段。在第一电感L1中的电流由最大值开始下降到I0时,控制模块控制开关模块S5导通。
[0112] I0具体计算值如下:根据电感两端的电压与电流关系公式:U=L(dI/dt),其中,U为V0‑Vin*1.414;L为为L1;dI为I0,由此可以确定此时dt’。
[0113] 且根据电感两端的电压与电流关系公式:U=L(dI/dt),可以确定第二电感L2的谐振电流I2=U*dt/L,其中,U为1/2Vo;L为L2;t为dt’。
[0114] 因为,只有当L2储存的能量大于需要释放的CS4和CS3的能量之和,才能确保第三2 2
开关S3的ZVS,因此,根据1/2*(L2)*I=1/2(CS3+CS4)*V0*V0,其中,1/2*L2*I 为电感L2在通过电流I时候的储存的能量的公式,1/2(CS3+CS4)*V0*V0为CS4和CS3的能量关系式。可以确定出I0。
[0115] 可以理解的是,在续流阶段之前,还包括释放能量阶段,即在S103之前,图腾柱无桥PFC的控制方法还包括:t0时刻‑t1时刻之间的时间段对应的各个开关的工作过程。
[0116] S109、在续流阶段,根据伏秒平衡,第四开关S4关闭前的Δt的时刻,控制开关模块S5导通,然后执行步骤S110。
[0117] 第四开关S4即为续流管,续流管关闭前Δt时间,控制开关模块S5导通。
[0118] Δt具体计算值如下:L1远大于L2,因此L2谐振电流可以快速追到L1关闭前续流电流;L2谐振电流I2=U*dt/L,其中,U为1/2Vo;L为L2;t为Δt。
[0119] 因为,只有当L2储存的能量大于需要释放的CS4和CS3的能量之和,才能确保第三2
开关S3的ZVS,因此,根据1/2*(L2)*I=1/2(CS3+CS4)*V0*V0,可以确定出Δt。
[0120] S110、判断第三开关S3的Vds电压是否为零,若是,则执行步骤S111。
[0121] 其中,Vds即为第三开关S3的源极和漏极的电压差。第三开关S3的源极和漏极的电压差为V0时,则第三开关(即主控管)S3实现ZVS,进入到下一个开关周期。
[0122] S111、控制开关模块S5关闭。
[0123] 下一个开关周期即为重复t1时刻‑t5时刻之间的过程。故在下一个开关周期开始前,需要关闭开关模块S5。
[0124] 通过图腾柱无桥PFC的控制方法的步骤可知,双向谐振网络模块111c中开关模块S5的导通和关闭时间,进而实现续流管的ZVS(零电压开启)和ZCS(零电流关断),以及,实现主控管的ZVS。
[0125] 需要说明的是,上述内容适用于图腾柱无桥PFC的输出电压范围为0V 1000V。~
[0126] 还需要说明的是,上述示例是以单相电对应的工作过程为例进行的说明,当然,这并不构成对本申请的限定,参见图20,上述双向谐振网络模块111c还可以应用于三相电上,当为三相电时,每相电上均设置有上述双向谐振网络模块111c,其工作过程与单相电工作类似,具体可以参见上述内容,此处不再赘述。
[0127] 当为单相电时,上述图腾柱无桥PFC(图20之前的附图对应的内容中的图腾柱无桥PFC)适用于小功率(如100W‑1000W)的电子设备,如手机、手机的电源适配器、智能手表等等;当为三相电时,上述图腾柱无桥PFC(图20对应的图腾柱无桥PFC)适用于大功率(如1000W‑1000W)的电子设备,如车载电脑等等。即本申请实施例提供的图腾柱无桥PFC可适用于多种应用场景。
[0128] 还需要说明的是,上述各内容适用的充电器输出电压范围连续可调(0V 1000V)。~
[0129] 本实施例还提供一种计算机存储介质,该计算机存储介质中存储有计算机指令,当该计算机指令在电子设备上运行时,使得电子设备执行上述相关方法步骤实现上述实施例中的图腾柱无桥PFC的控制方法。
[0130] 本实施例还提供了一种计算机程序产品,当该计算机程序产品在计算机上运行时,使得计算机执行上述相关步骤,以实现上述实施例中的图腾柱无桥PFC的控制方法。
[0131] 另外,本申请的实施例还提供一种装置,这个装置具体可以是芯片,组件或模块,该装置可包括相连的处理器和存储器;其中,存储器用于存储计算机执行指令,当装置运行时,处理器可执行存储器存储的计算机执行指令,以使芯片执行上述各方法实施例中的图腾柱无桥PFC的控制方法。
[0132] 其中,本实施例提供的电子设备(如电源适配器)、计算机存储介质、计算机程序产品或芯片均用于执行上文所提供的对应的方法,因此,其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果,此处不再赘述。
[0133] 通过以上实施方式的描述,所属领域的技术人员可以了解到,为描述的方便和简洁,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将装置的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0134] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置,或一些特征可以忽略,或不执行。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,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
[0135] 以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
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