直流/直流转换器及其控制器和控制方法_5

文档序号:8474721阅读:来源:国知局
和ZVSlb在同一时刻为逻辑高电平,继而避免开关Ql和Q3(图3所示)同时导通,也可以避免驱动信号ZVS2和ZVS2b同时为逻辑高电平,继而避免开关Q2和Q4(图3所示)同时导通。在一个实施例中,第一逻辑单元4061可以在断开Ql和Q3中一个开关后,再经过一个相应的预设延时(如BBM延时Dbbm)后导通另一个开关;同时可以在断开Q2和Q4中一个开关后,再经过一个相应的预设延时(如BBM延时Dbbm)后导通另一个开关。这样,有利地,第一逻辑单元4061可以为开关Q1-Q4提供零电压开关条件。
[0073]如图7所示,在电能接收模式期间,如PWMl信号或PWM2信号为逻辑高电平期间,变压器电路320的初级电流Ip线性增加或减少到,如零安培,而变压器电路320的次级电流Is增加,其中次级电流I s代表了电能转换电路312的输出电能。在电能转换模式期间,如当PWMl信号、PWM2信号同时为逻辑低电平时,初级电流Ip保持基本恒定,而次级电流I s减小。这样,信号发生器208会增加或减小PWMl信号和PWM2信号的占空比来控制输出电能。有利地,如图5B中所描述的,信号发生器208可以控制电能接收时间与变压器320的输入电压Vin成反比,继而控制初级电流I P的纹波幅度△ I P为基本恒定,来稳定电能转换电路312的电能转换过程。信号发生器208也可以为纹波幅度Λ Ip设置饱和极限状态,这样可以避免变压器320的铁芯的饱和电流。另外,信号发生器208可以根据电能转换电路312的输出电压Vtm调整PWMl信号和PWM2信号的频率,这样,如上所述,提高了电能转换电路312的电能转换效率,并将输出电压Vott调节至目标电压,该目标电压是相对大的电压范围。
[0074]另外,如图7所示,在每一次电能转换模式下,如果次级电流Is降至零安培(如在Ta、Tb等时刻),图3中的反馈电路316可以生成对应的反馈信号FB发送给第二逻辑单元4062(如图4或图5A)。这样,第二逻辑单元4062可以将控制信号SYNCl和SYNC2设置成逻辑低电平来断开整流开关SI和S2。这样有利地,第二逻辑单元4062结合反馈电路316,可以避免出现反向的次级电流Is (如电流从负载308流经图3中的电感L2、次级绕组和检测电阻Rsen流向地),从而保护转换电路300。
[0075]图8所示为根据本发明的一个实施例,控制直流/直流转换器200的方法流程图800。图8将结合图2、图3、图4、图5A、图5B、图5C、图6和图7来描述。
[0076]步骤802,控制电路206 (如图2或图4)生成驱动信号ZVSl、ZVSlb、ZVS2和ZVS2b来控制开关,包括第一开关(如Ql)、第二开关(如Q2)、第三开关(如Q3)和第四开关(如Q4)。第一开关Ql通过第一节点NI与第三开关Q3相连,第二开关Q2通过第二节点N2与第四开关Q4相连。
[0077]步骤804,控制电路206通过控制开关Q1-Q4使得变压器320在交替频率下交替地工作在电能接收模式和电能转换模式。变压器电路连接在第一节点NI和第二节点N2之间。
[0078]步骤806,信号发生器208 (图2、图4或图5B所示),比如在脉宽控制电路512中包含上文所述的定时器,用于控制电能接收模式的电能接收时间Tpk与变压器电路320所提供的输入电压Vin成反比。
[0079]步骤808,信号发生器208,如包括了上文所述的频率控制电路514,用于根据输出电能(如直流/直流转换器200的输出电压Vot)调节交替频率。
[0080]这样,直流/直流转换器200可以减小开关损耗,并提高电能转换效率,同时调整输出电压Vott在目标电压以内,该目标电压是相对较宽的电压范围。直流/直流转换器200可以控制变压器320的初级电流Ip以基本恒定的纹波幅度增长,这样电能转换过程中避免变压器电路320的铁芯出现饱和电流。
[0081]图9所示为根据本发明的实施例,控制直流/直流转换器200的方法流程图900。图9将结合图2、图3、图4、图5A、图5B、图5C、图6和图7来描述。
[0082]步骤902,信号发生器208(如图2、图4或图5B所示)交替生成第一脉冲信号(如PWMl信号脉冲)和第二脉冲信号(如PWM2信号脉冲)来控制开关,如第一开关(Ql)、第二开关(Q2)、第三开关(Q3)和第四开关(Q4)。
[0083]步骤904,第一逻辑单元4061 (如图4或图5A所示)结合信号发生器208通过控制开关Q1-Q4来控制变压器电路320,使得变压器电路320交替地工作在电能接收模式和电能转换模式。
[0084]步骤906,第一逻辑单元4061 —旦检测到第一脉冲信号的第一边沿(例如检测到PWMl信号的上升沿),就断开第三开关(如Q3);而从检测到第一边沿的时刻为起始点,延迟第一预设延时01313111后导通第一开关(如Ql)。
[0085]步骤908,第一逻辑单元4061 —旦检测到第一脉冲信号的第二边沿(例如PWMl信号的下降沿),就断开第四开关(如Q4),而从检测到第二边沿的时刻为起始点,延迟第二预设延时0_2后导通第二开关(如Q2)。
[0086]步骤910,第一逻辑单元4061 —旦检测到第二脉冲信号的第三边沿(例如PWM2信号的上升沿),就断开第一开关(如Ql),而从检测到第三边沿的时刻为起始点,延迟第三预设延时0_3后导通第三开关(如Q3)。
[0087]步骤912,第一逻辑单元4061 —旦检测到第二脉冲信号的第四边沿(例如PWM2信号的下降沿),就断开第二开关(如Q2),而从检测到第四边沿的时刻为起始点,延迟第四预设延时0_4后导通第四开关(如Q4)。在一个实施例中,第一预设延时、第二预设延时、第三预设延时和第四预设延时,可以是相同的,但不一定要求相同。
[0088]在一个实施例中,第一开关为开关Q1,第二开关为开关Q2,第三开关为开关Q3以及第四开关为开关Q4,第一逻辑单元4061生成的驱动信号ZVS1、ZVS2、ZVSlb和ZVS2b分别用于控制开关Q1、Q2、Q3和Q4。对应地,在执行步骤906至步骤912时,开关Q1-Q4的状态可以被重复的控制在以下序列(al)-(hl):
[0089](al)开关 Q3 断开;
[0090](bl)开关 Ql 导通;
[0091](cl)开关 Q4 断开;
[0092](dl)开关 Q2 导通;
[0093](el)开关 Ql 断开;
[0094](f I)开关 Q3 导通;
[0095](gl)开关Q2断开;以及
[0096](hi)开关 Q4 导通。
[0097]但是,本发明并不局限于上述情况。
[0098]在另一个实施例中,第一开关是Q4,第二开关是Q3,第三开关是Q2以及第四开关是Q1,第一逻辑单元4061生成的驱动信号ZVS1、ZVS2、ZVSlb和ZVS2b分别用于控制开关Q4、Q3、Q2和Ql。对应地,在执行步骤906至步骤912的过程,开关Q1-Q4的状态可以被重复的控制在以下序列(a2)-(h2):
[0099](a2)开关 Q2 断开;
[0100](b2)开关 Q4 导通;
[0101](c2)开关 Ql 断开;
[0102](d2)开关 Q3 导通;
[0103](e2)开关 Q4 断开;
[0104](f2)开关 Q2 导通;
[0105](g2)开关Q3断开;以及
[0106](h2)开关 Ql 导通。
[0107]这样当电能转换电路312交替地工作在电能接收模式和电能转换模式时,零压开关状态可以提供给开关Q1-Q4。另外,PWMl信号和PWM2信号可以有相同的脉宽和相同的频率,这样每一个开关Q1-Q4交替导通和断开时有50%的开关占空比。
[0108]图10所示为根据本发明的实施例,控制直流/直流转换器200的方法流程图1OOOo图10将结合图2、图3、图4、图5A、图5B、图5C、图6和图7来描述。
[0109]步骤1002,控制器202 (如图2或图4所示),通过控制开关Q1-Q4使得变压器电路320交替地工作在电能接收模式和电能转换模式,这样变压器电路320向负载308提供电能,如提供次级电流Is给负载308。
[0110]步骤1004,整流电路314 (如图3所示)通过整流开关SI和S2调整变压器电路320输出的电能。
[0111]步骤1006,反馈电路316 (如图3所示)中的检测电阻Rsen检测变压器电路320的次级电流Is。
[0112]步骤1008,反馈电路316中的比较器318将检测电阻Rsen的第一端口的信号与检测电阻Rsen的第二端口的信号进行比较后生成反馈信号。
[0113]步骤1010,当反馈信号FB表示有检测到反向次级电流Is(即次级电流是从负载308流经电感L2、次级绕组和检测电阻Rsen流向地)时,第二逻辑单元4062 (图4或图5C)断开整流开关SI和S2。
[0114]这样,第二逻辑单元4062结合反馈电路316可以保护直流/直流转换器200避免受到变压器电路320的反向次级电流所造成的破坏。
[0115]总之,根据本发明所公开的直流/直流转换器,是通过控制器来控制全桥开关电路和变压器电路。在一个实施例中,控制器可以通过控制开关电路的开关频率来控制直流/直流转换器的输出电能,从而减小开关损耗,提高电能转换效率,并将直流/直流转换器的输出电压调整在目标电压内,该目标电压是相对较宽的范围。控制器也可以控制变压器电路的初级电流在基本恒定的纹波幅度。控制器还可以为开关提供零电压开关状态。另外,控制器可以保护直流/直流转换器避免受到变压器电路的反向次级电流所造成破坏。根据本发明的实施例所公开的直流/直流转换器可以应用于多种产品,比如可以用于电动汽车的充电器和有高电流/电压输出的其他电能转换器。
[0116]在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制,使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外,在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此,权利要求旨在涵盖所有此类等同物。
【主权项】
1.一种用于控制直流/直流转换器的控制器,其特征在于,所述控制器包括: 信号发生器,用于交替地生成第一脉冲信号和第二脉冲信号;以及 与所述信号发生器耦合的控制电路,用于根据
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