一种通过脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)的控制策略的制作方法

一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略
技术领域
1.本发明涉及缓启动的软件控制策略技术领域，具体涉及一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略。


背景技术：

2.在数据中心和电动汽车中，越来越需要从分布式电源系统到负载点应用的更高效的电源转换拓扑。一种现有的实现上述功能的变压电路，如图1到图3所示，称为开关电容转换器，包括谐振腔、开关、控制逻辑和一个或多个非谐振电容器。开关电容转换器可以被理解为用于通过经由至少一个开关的导通/断开运行改变到一个或多个电容器的电连接来改变输入电压与输出电压之间的关系的电路。
3.但是这种拓扑存在一个明显的缺陷：由于系统刚上电时电容两端的电压为零，会使得启机时产生较大的冲击电流，容易造成mosfet、电容等器件的损坏，当系统的功率比较大时启动时的冲击电流会更加突出，这影响了系统的稳定性和寿命。
4.现有的应用中为了规避这个问题，一般采取如下措施：
5.1)尽可能选取额定电流大的功率器件，并在使用时避免带载启机；
6.2)在输入前级增加硬件电路以达到缓启动的效果，比如串联buck电路、串接电感、串接ntc电阻等。
7.以上措施不仅会增加硬件成本，而且占用空间，影响效率和功率密度，限制了应用范围。
8.综上所述，研发一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略，仍是缓启动的软件控制策略技术领域中急需解决的关键问题。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是：提供一种低成本高效率的开关电容转换器的缓启动方法。
10.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
11.一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略，所述的控制策略是将g1到g8作为8个mosfet的栅极驱动信号，并分为两组，通过两组mosfet的交替导通，实现输入电压和输出电压3：1的转换关系，在稳定工作时，两组驱动信号波形为固定频率固定占空比的脉冲波形，在启机过程中，通过改变占空比或频率的方式，来控制mosfet的通断，实现缓启动。
12.本发明进一步的设置为：两组所述栅极驱动信号中g1、g3、g6和g7为一组，g2、g4、g5和g8为另一组。
13.本发明进一步的设置为：两组所述驱动信号均为移相90
°
波形。
14.本发明进一步的设置为：其中一组所述驱动信号为高电平时，另一组所述驱动信
号为低电平。
15.有益效果
16.采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
17.本发明与一般通过增加缓启动电路的解决方案相比，它的优势在于不增加额外的硬件成本，不占用额外的面积，只需要优化一下开机程序，即能达到缓启动效果，同时能带载启机，拓宽了电路的应用场景。
附图说明
18.图1为现有电压比为2：1开关电容转换器示意图(电感lr1可为短路)；
19.图2为现有电压比为4：1开关电容转换器示意图(电感lr1、lr2可为短路)；
20.图3为本现有电压比为8：1开关电容转换器示意图(电感lr1、lr2、lr3、lr4可为短路)；
21.图4为本发明中电压比为3：1开关电容转换器简易图；
22.图5为本发明中脉冲宽度调制(pwm)的原理示意图；
23.图6为本发明中脉冲频率调制(pfm)的原理示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
25.下面结合附图4，以电压比为3：1的开关电容转换器为例，详细描述本发明的具体实施方案。电压比为3：1的开关电容转换器，即输入为v0，输出为1/3v0。
26.其中，g1到g8为8个mosfet的栅极驱动信号，且g1/g3/g6/g7为一组，g2/g4/g5/g8为一组，两组驱动信号为移相180
°
波形，当一组驱动信号为高电平时，另一组驱动信号为低电平。通过两组mosfet的交替导通，实现输入电压和输出电压3：1的转换关系。
27.当稳定工作时，两组驱动信号波形为固定频率固定占空比的脉冲波形，在启机过程中，可以通过改变占空比或频率的方式，来控制mosfet的通断，从而实现缓启动效果。
28.实施例1：
29.如图5所示，在启机过程中，控制mosfet的栅极驱动为非固定占空比，例如在20ms的启机时间内，以10％的步进，duty cycle从10％逐渐增加到50％，从而缩短mosfet每次的导通时间，限制充电电流，增加母线电容的充电时间，极大减小冲击电流达到缓启动目的。
30.实施例2：
31.如图6所示，在启机后，控制mosfet的栅极驱动为非固定频率，例如在20ms的启机时间内，以500khz的步进，频率从2mhz逐渐减小到500khz，通过限流也能起到缓启动效果。
32.缓启动时间和步进单位均可以在程序中灵活配置，时间越长，冲击电流越小。
33.从测试波形可看出，冲击电流的峰值为50a左右。无缓启动设计之前的峰值超过200a，由此可见，增加缓启动能有效减小电流冲击，有利于保护器件。
34.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例
对本发明进行了详细的说明，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，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。


技术特征：
1.一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略，其特征在于，所述的控制策略是将g1到g8作为8个mosfet的栅极驱动信号，并分为两组，通过两组mosfet的交替导通，实现输入电压和输出电压3：1的转换关系，在稳定工作时，两组驱动信号波形为固定频率固定占空比的脉冲波形，在启机过程中，通过改变占空比或频率的方式，来控制mosfet的通断，实现缓启动。2.根据权利要求1所述的一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略，其特征在于，两组所述栅极驱动信号中g1、g3、g6和g7为一组，g2、g4、g5和g8为另一组。3.根据权利要求1所述的一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略，其特征在于，两组所述驱动信号均为移相90
°
波形。4.根据权利要求1所述的一种通过脉冲宽度调制(pwm)或脉冲频率调制(pfm)的控制策略，其特征在于，其中一组所述驱动信号为高电平时，另一组所述驱动信号为低电平。

技术总结
本发明涉及缓启动的软件控制策略技术领域，具体涉及一种通过脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)的控制策略；本发明不增加额外的硬件成本，不占用额外的面积，只需要优化一下开机程序，不仅极大地降低了STC电路的开机冲击电流，而且能做到带载启机。而且能做到带载启机。而且能做到带载启机。


技术研发人员：宋继斌
受保护的技术使用者：南京能利芯科技有限公司
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/7/12