直流变换模块开关管电压应力检测电路及其控制方法与流程

1.本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种直流变换模块开关管电压应力检测电路及其控制方法。


背景技术：

2.开关电源一般情况下低压侧buck电路中开关管的关断时刻设置在高压侧开关管的死区时间t内，但对于量产的电源电路产品，实际死区时间值和低压侧开关管关断时刻值已固化到软件内部，该值大多是在产品设计初期通过对研发样机进行实际测试得出，但由于量产产品器件参数差异性的存在，仍采用该值会造成开关管应力偏差较大，影响开关管规格选型。比如一号产品测试的电压应力是85v，二号产品测试的电压应力是95v，参数差异导致一致性差，器件选型需要考虑更大的余量。另外随着器件的老化，性能参数变化，开关管应力偏差也会较大，影响产品可靠性。
3.因此，设计一种能自动检测所在设备上开关管最小应力点的最佳关断时刻，是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种直流变换模块开关管电压应力检测电路及其控制方法。
5.本发明采用的技术方案是设计一种直流变换模块开关管电压应力检测电路，所述直流变换模块包括依次连接的高压侧变换器、变压器、低压侧变换器、buck模块、以及控制器，所述控制器控制高压侧变换器、低压侧变换器、buck模块的动作，将直流电能由高压侧变换器输往buck模块，所述buck模块中包括开关管q7，所述开关管q7两端与其栅极之间连接采样单元、推定单元和控制单元，其中所述采样单元，用以采样开关管q7关断时两端的电压值vds，并将电压值vds发送给推定单元；所述推定单元，将检测到所述电压值vds中最小值的时刻设定为开关器件的最小应力点时刻；所述控制单元，以所述最小应力点时刻为开关管q7的关断时刻进行直流变换。
6.所述开关管q7与采样单元之间连接峰值保持电路，所述峰值保持电路，用以捕开关管q7的峰值时的电压值vds。
7.所述采样单元采用电压传感器。
8.所述高压侧变换器包括全桥变换模块，所述低压侧变换器包括推挽变换模块。
9.本发明还设计了一种直流变换模块开关管电压应力检测电路的控制方法，所述检测电路包括上述的直流变换模块开关管电压应力检测电路，所述控制方法包括：以高压侧变换器中功率开关关断的时刻为t0，以t0+m为开关管q7的测试关断时刻，所述m为变量其取值范围在[-t，t]之间，多次检测开关管q7关断时两端的电压值vds，记录所采样到的多个电压值vds中的最小值、并记录该最小值对应的时间tk，以t0+tk为所述最小应力点时刻，以所述最小应力点时刻为开关管q7的关断时刻进行直流变换。
[0010]
设置步长a，令步长a=2t/n，以t0 +（-t+a*k）为所述测试关断时刻，所述k为计数器，其取值为0至n之间的整数，逐步增加k，进行n+1次检测所述电压值vds。
[0011]
所述控制方法包括如下具体步骤：步骤1、驱动高压侧变换器、低压侧变换器、buck模块工作；步骤2、检测高压侧变换器中功率开关关断的时刻，以高压侧变换器中功率开关关断的时刻为t0；步骤3、以t0+m为开关管q7的测试关断时刻，所述m为变量取值范围在[-t，t]之间，设置步长a，令步长a=2t/n，设置k为0；步骤4、以t0 +（-t+a*k）为所述测试关断时刻，驱动开关管q7关断；步骤5、检测并记录电压值vds，给k加1；步骤6、判断k是否等于n，是则转步骤7，否则转步骤4；步骤7、查询记录中电压值vds中的最小值、并记录该最小值对应的时间tk，以t0加tk为所述最小应力点时刻；步骤8、以所述最小应力点时刻为开关管q7的关断时刻进行直流变换。
[0012]
本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明可精准找到功率管处于最小应力的时间点，在此时间内关闭功率管，可以减小开关管的应力偏差，保证了系统的可靠性；方便开关管规格选型，提高产品可靠性，间接可以降低生产成本。
附图说明
[0013]
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：图1是电动汽车车载充电机的谐振变换拓扑架构；图2 是控制原理框图；图3 是高压侧开关管和buck功率管的开关时序图；图4 是获取开关器件最小应力里点时刻的流程图。
具体实施方式
[0014]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0015]
本发明公开了一种直流变换模块开关管电压应力检测电路，所述直流变换模块包括依次连接的高压侧变换器、变压器、低压侧变换器、buck模块、以及控制器，所述控制器控制高压侧变换器、低压侧变换器、buck模块的动作，将直流电能由高压侧变换器输往buck模块，参看图2示出的控制原理框图，所述buck模块中包括开关管q7，所述开关管q7两端与其栅极之间连接采样单元、推定单元和控制单元，其中所述采样单元，用以采样开关管q7关断时两端的电压值vds（在较佳实施例中，采样单元是采用描枪法获取开关器件关断时的电压值），并将电压值vds发送给推定单元；所述推定单元，将检测到所述电压值vds中最小值的时刻设定为开关器件的最小应力点时刻；所述控制单元，以所述最小应力点时刻为开关管q7的关断时刻进行直流变换。控制单元连接开关管q7的栅极，发出pwm信号，调节pwm信号空
比信号可控制输出电流。
[0016]
图1示出了本发明在电动汽车车载充电机中的应用，其原边电路连接pfc模块，车内高压电池连接高压侧变换器，车内低压负载连接buck模块，车内高压电池可通过直流变换模块向车内低压负载供电。
[0017]
参看图2示出的较佳实施例，所述开关管q7与采样单元之间连接峰值保持电路，所述峰值保持电路，用以捕开关管q7的峰值时的电压值vds。
[0018]
在较佳实施例中，所述采样单元采用电压传感器。
[0019]
参看图1示出的较佳实施例，所述高压侧变换器包括全桥变换模块，全桥变换模块包括q1、q2、q3、q4四个功率开关。所述低压侧变换器包括推挽变换模块，推挽变换模块包括q5、q6二个功率开关。参看图3示出的高压侧开关管和buck功率管的开关时序图，高压侧变换器中的q1和q4同步动作，q2和q3同步动作，q1和q2开关动作相反。在检测高压侧变换器功率开关的关断时间，只需要检测q1即可。开关管q7的关断时刻在q1关断时刻的前后附近。
[0020]
本发明还公开了一种直流变换模块开关管电压应力检测电路的控制方法，所述检测电路包括上述的直流变换模块开关管电压应力检测电路，所述控制方法包括：以高压侧变换器中功率开关关断的时刻为t0，以t0+m为开关管q7的测试关断时刻，所述m为变量其取值范围在[-t，t]之间，多次检测开关管q7关断时两端的电压值vds，记录所采样到的多个电压值vds中的最小值、并记录该最小值对应的时间tk，以t0+tk为所述最小应力点时刻，以所述最小应力点时刻为开关管q7的关断时刻进行直流变换。
[0021]
在较佳实施例中，将[-t，t]分为n等分，设置步长a，令步长a=2t/n，以t0 +（-t+a*k）为所述测试关断时刻，所述k为计数器，其取值为0至n之间的整数，逐步增加k，进行n+1次检测所述电压值vds（其中n为正整数）。
[0022]
在-t，
…0…
，t范围内，每步进一次通过采样单元检测开关器件两端的电压vds，直到步进结束；具体地，
ꢀ‑
t即在t0 的基础上提前关断开关管q7t秒，并检测出开关管q7关断时两端所对应的电压值；t即延时关断开关管q7，并检测出开关管q7关断时两端所对应的电压值。开关管q7在-t，
…0…
，t检测到开关管q7关断时两端所对应的电压值，得到v0，v1，v2，v3，
……
vn；因为串联了一个峰值保持电路，故采集到的电压均是峰值电压值。在各个电压中取最小值，min{v0，v1，v2，v3，
……
vn}，此时得到的电压值为最小关断电压应力值，与最小关断电压应力值对应的时间为tk。tk的值可以为正值或负值，若tk为正值，则是相较于高压侧开关管的关断时间，延迟关断buck电路的开关管q7；若tk为负值，则是相较于高压侧开关管的关断时间，提前关断buck电路的开关管q7。
[0023]
参看图4示出的获取开关器件最小应力点时刻的流程图，所述控制方法包括如下具体步骤：步骤1、驱动高压侧变换器、低压侧变换器、buck模块工作；步骤2、检测高压侧变换器中功率开关关断的时刻，以高压侧变换器中功率开关关断的时刻为t0；步骤3、以t0+m为开关管q7的测试关断时刻，所述m为变量取值范围在[-t，t]之间，设置步长a，令步长a=2t/n，设置k为0；步骤4、以t0 +（-t+a*k）为所述测试关断时刻，驱动开关管q7关断；步骤5、检测并记录开关管q7两端的电压值vds，给k加1；
步骤6、判断k是否等于n，是则转步骤7，否则转步骤4；步骤7、查询记录中电压值vds中的最小值、并记录该最小值对应的时间tk，以t0加tk为所述最小应力点时刻；步骤8、以所述最小应力点时刻为开关管q7的关断时刻进行直流变换。
[0024]
此后开关管q7都在最小应力点时关断，减小开关管的应力偏差，减少开关损耗。
[0025]
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本技术精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本技术的权利要求范围之中。