检测谐振频率的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测谐振电路的谐振频率的方法及装置，所述方法包括将待检测谐振电路的负载条件设置为两种不同的负载条件，并在扫频范围内的不同频率下，分别获取该谐振电路在两种不同负载条件下的输入电压或输出电压，基于所获取的电压，通过计算获得两种不同负载条件下的电压差值的绝对值，并通过对所述电压差值绝对值的最小值，或相对较重的负载条件下的电压的极值，来确定所述谐振电路的谐振频率。
【专利说明】检测谐振频率的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及谐振电路领域，尤其涉及谐振电路的谐振频率检测的方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着开关电源朝高功率密度、高效率方向发展，越来越多的电源变换器中采用谐振变换器。其中以LLC串联谐振变换器应用最广泛，如图1所示的半桥LLC电路。由于LLC电路能够实现全范围ZVS (零电压开关)工作，所以在全负载范围内都能取得较高的效率，特别是工作在谐振频率时，原边电流正弦波工作，此时效率最佳。实际应用中，为了让模块获得较高的效率，通常设计半载工作在谐振频率点附近，以获得整个负载范围都获得较高效率。
[0003]为了整个范围都能工作在谐振频率点，也可以采用调节LLC电路输入电压的方式。输入电压根据输出电压调整，使得Drac级开关频率工作在谐振频率附近。如果输入电压调节能够满足动态要求，甚至可以考虑DCDC采用固定工作频率的工作模式。现有的一些工作在上述模式下的拓扑结构如图2所示，其中:(1)前级调压电路(201)加后级谐振电路(202)，如Buck+LLC电路，Boost+LLC电路等；(2)前级谐振电路(203)加后级调压电路(204),如LLC电路+buck电路，LLC电路+boost电路等。
[0004]为了获得最优效率，谐振电路往往被设计为工作在谐振频率点。但在实际电路中，由于谐振器件参数的偏差，很容易导致谐振频率出现偏差，如果开关频率只固定在理论上的谐振频率，实际谐振频率点的偏差将会导致整机效率出现较大偏差。最好情况是能够有一种方法能够实测出谐振电路的实际谐振频率点。
[0005]在感应加热电源领域，需要运用到频率跟踪技术。在电源加热过程中，当负载谐振参数发生变化时，谐振参数会发生变化，需要主开关管的工作频率跟踪谐振频率变化。图3所示为一种利用谐振电流过零检测电路来实现频率跟踪的方法。当输出电流为正时，相位比较器304输出高电平，经过脉冲发生电路302和驱动电路301，触发VTl和VT4导通；当输出电流为负时，相位比较器304输出低电平，经过脉冲发生电路302和驱动电路301，触发VT2和VT3导通。这样，VT1、VT2、VT3、VT4的驱动频率完全由谐振电流的频率决定，触发相位则由谐振电流过零点决定。这种通过电流检测谐振频率的方法需要检测准确的电流过零点，电路相对复杂。
[0006]图4为一种利用DSP来实现频率跟踪电路框图。图4中传感器403取串联谐振加热电源负载上的电流1作为频率跟踪的输入，DSP401利用高速捕获单元CAP3捕获负载电流输入脉冲的时间，从而精确读入脉冲周期，然后CAP3产生中断，DSP程序自动进入数字锁相环(DPLL)运算，当负载电流信号从负半波向正半波过零时，输出一路驱动脉冲；反之，当电流信号由正半波向负半波过零时，输出另一路驱动脉冲，从而实现频率跟踪。这种方法采用DSP采集电流信号，电路相对简单。
[0007]图3和4所示的方法在感应加热电源领域可以得到较好的频率跟踪效果，但在其他一些谐振电路应用场合中，上述两种方法并不适合。例如在全桥LLC电路中，当开关频率低于谐振频率时，波形如图5所示。由于励磁电感的存在，当谐振电流Ip和励磁电流Im相等后，谐振电感，谐振电容以及励磁电感会继续发生谐振，最后Ip电流虽然也会过零，但检测出来的频率fs并不是谐振频率f。，这种情况不能用电流过零点的方法来检测谐振频率。
【发明内容】
[0008]本发明提出了一种针对谐振电路频率检测的方法，即利用谐振电路的增益特性，通过一定的判断条件，得到实际的谐振频率点。
[0009]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0010]根据本发明的一个方面，公开了一种检测谐振电路的谐振频率的方法，包括:获取待检测谐振电路在扫频范围内的不同频率下的电压；基于所获取的电压，通过计算确定所述谐振电路的谐振频率。
[0011]根据本发明的另一方面，公开了一种检测谐振电路的谐振频率的装置，其中包括:电压获取单元，用于获取待检测谐振电路在扫频范围内的不同频率下的电压；计算判断单元，基于电压获取单元所获取的电压进行计算以及判断；谐振频率确定单元，基于计算判断单元的结果，确定所述谐振电路的谐振频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。
[0013]图1是半桥LLC电路的电路图；
[0014]图2是调压电路与谐振电路组成的拓扑结构示意图；
[0015]图3是谐振电流过零检测电路图；
[0016]图4是利用DSP实现频率跟踪的电路图；
[0017]图5是LLC电路中谐振电流的波形示意图；
[0018]图6是LLC电路在不同负载下的理想输出电压曲线的示意图；
[0019]图7是根据本发明的检测谐振电路的谐振频率的装置的框图；
[0020]图8是根据本发明的检测谐振电路谐振频率的方法的示意性流程图；
[0021]图9是根据本发明的开环检测方式的不同负载条件下的理想输出电压曲线及其差值曲线的示意图；
[0022]图10是根据本发明的开环检测方式的在考虑输出电阻情况下，不同负载条件下的输出电压曲线及其差值曲线的示意图；
[0023]图11是根据本发明的开环检测方式的大功率负载场合的理想情况下的不同负载条件下的输出电压曲线的示意图；
[0024]图12是实施本发明的开环检测方式的电路图；
[0025]图13是根据本发明的开环检测方式的检测过程的流程图；
[0026]图14是根据本发明的闭环检测方式的不同负载条件下的理想输入母线电压曲线及其差值曲线的示意图；
[0027]图15是根据本发明的闭环检测方式的在考虑输出电阻情况下，不同负载条件下的输入母线电压曲线及其差值曲线的示意图；
[0028]图16是根据本发明的闭环检测方式的大功率负载场合的理想情况下的不同负载条件下的输入母线电压曲线的示意图；
[0029]图17是实施本发明的闭环检测方式的电路图；
[0030]图18是根据本发明的闭环检测方式的检测过程的流程图；
[0031]图19是根据本发明的闭环扫频求输入母线电压差值绝对值最小值的结果；
[0032]图20是作为示例的串联谐振电路的示意图；
[0033]图21是作为示例的并联谐振电路的示意图；
[0034]图22是作为示例的串并联谐振电路的示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0036]理想的全桥LLC电路的增益公式如式(I)所示，其理想增益通过图6所示的输出电压曲线来表示,其中实线Ql和Q2分别代表相对较重的负载条件和相对较轻的负载条件时的输出电压曲线。从式(4)可以看出，当谐振器件参数出现偏差时，特别是谐振电感和谐振电容容量出现偏差时，会导致谐振频率出现偏差。
【权利要求】
1.一种检测谐振电路的谐振频率的方法，包括: 获取待检测谐振电路在扫频范围内的不同频率下的电压； 基于所获取的电压，通过计算确定所述谐振电路的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中获取待检测谐振电路在扫频范围内的不同频率下的电压进一步包括， 将所述谐振电路的负载条件设置为两种不同的负载条件，并分别获取所述谐振电路在两种不同负载条件下的电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过计算确定所述谐振电路的谐振频率进一步包括， 计算相同频率、不同负载条件下的电压的差值，并根据所述电压的差值确定所述谐振电路的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括， 对所述两种相同频率、不同负载条件下的电压的差值取绝对值，其中，根据所述电压的差值的绝对值在所述扫频范围内的最小值来确定所述谐振电路的谐振频率。
5.根据权利要求 1所述的方法，其中通过计算确定所述谐振电路的谐振频率进一步包括， 如果所述电压在扫频范围内，除扫频范围的两端点外，具有极值，则根据所述电压的极值来确定所述谐振电路的谐振频率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，待检测谐振电路在不同频率下的电压包括开环工作时的所述谐振电路的输出电压。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，待检测谐振电路在不同频率下的电压包括闭环工作时的所述谐振电路的输入电压。
8.根据权利要求2所述的方法，其中通过计算确定所述谐振电路的谐振频率进一步包括， 根据所述谐振电路在两种不同负载条件下的电压，分别获得两种不同负载条件下的电压相对于频率的曲线， 分别计算两条电压曲线的斜率， 根据两条电压曲线中相同的斜率处所对应的频率来确定该谐振电路的谐振频率。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括通过对所述曲线求导来计算所述曲线的斜率。
10.一种检测谐振电路的谐振频率的装置，包括: 电压获取单元(703)，用于获取待检测谐振电路在扫频范围内的不同频率下的电压； 计算判断单元(704)，基于电压获取单元所获取的电压进行计算以及判断； 谐振频率确定单元(705)，基于计算判断单元的结果，确定所述谐振电路的谐振频率。
11.根据权利要求10所述的装置，其中进一步包括， 负载设置单元(702)，用于将所述谐振电路的负载条件设置为两种不同的负载条件；以及 所述电压获取单元(703)被配置为分别获取所述谐振电路在两种不同负载条件下的电压。
12.根据权利要求11所述的装置，其中， 所述计算判断单元(704)被配置为计算两种不同负载条件下电压的差值，并根据所述电压的差值确定所述谐振电路的谐振频率。
13.根据权利要求12所述的装置，其中， 所述计算判断单元(704)进一步被配置为对所述两种不同负载条件下电压的差值取绝对值，并提取所述电压差值的绝对值在所述扫频范围内的最小值；以及 所述谐振频率确定单元(705)将所述电压差值的绝对值的最小值所对应的频率确定为所述谐振电路的谐振频率。
14.根据权利要求10所述的装置，其中， 所述计算判断单元(704)进一步被配置为判断在所述电压在扫频范围内，除扫频范围的两端点外，是否具有极值，如是，则提取该极值； 所述谐振频率确定单元(705)根据所述电压的极值所对应的频率来确定所述谐振电路的谐振频率。
15.根据权利要求10所述的装置，其中， 电压获取单元(703)所获取的电压包括开环工作时的所述谐振电路的输出电压。
16.根据权利要求 0所述的装置，其中， 电压获取单元(703)所获取的电压包括闭环工作时的所述谐振电路的输入电压。
17.根据权利要求11所述的装置，其中， 所述计算判断单元(704 )进一步被配置为根据所述谐振电路在两种不同负载条件下的电压，分别获得两种不同负载条件下的电压相对于频率的曲线，并分别计算两条电压曲线的斜率，并提取两条电压曲线中相同的斜率处对应的电压； 所述谐振频率获取单元(705)被配置为将上述电压所对应的频率确定为该谐振电路的谐振频率。
18.根据权利要求17所述的装置，其中， 所述计算判断单元(704)进一步被配置为通过对所述曲线求导来计算所述曲线的斜率。
19.根据权利要求10所述的装置，其中进一步包括， 频率变换单元(706)，用于在扫频范围内自动地对待检测谐振电路的开关频率进行变换。
【文档编号】G01R23/02GK104076199SQ201310105465
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】李茂华 申请人:艾默生网络能源系统北美公司