专利名称：压电变压器在电路中的驱动控制方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电路中应用压电变压器的驱动控制方法及电路，尤其涉及一种压电变压器在电路中的驱动控制方法及电路，本发明属于自动控制领域。
背景技术：
压电陶瓷变压器是新兴出现的功率电子元器件，其具有低EMI，良好的EMC特性， 高效率，功率密度高，轻薄短小等特点。作为变压器，其主要应用在各种电源产品上。压电变压器与电磁变压器相比，最大的区别就是压电变压器的变比是在一个较窄的频率范围内， 呈现非线性的变化(呈抛物线关系)，如图1所示，当变压器输入信号频率等于谐振频率时， 变压器输出、输入电压变比达到最大，即位于抛物线定点位置，输入信号频率小于或大于谐振频率时，变压器变比下降较快，远离时，变压器几乎不工作；而对于传统的电磁变压器，其电压变比在一个较宽的频率范围内，保持恒定。在使用传统电磁变压器的开关电源中，通常使用的是PWM(脉冲宽度调制)来调整电源的输出电压在需要的范围内。对于压电变压器，其工作的频率范围是在其谐振点和反谐振点之间，在此频率区间之外，压电变压器的损耗很大，无法正常工作；同时，压电变压器的谐振点和反谐振点(即压电变压器的工作区域)会随着负载和温度发生变化。如图2 所示，为变比随负载的变化；图3为变比随温度的变化。随着变压器负载的逐渐增大，变比曲线向右移动，即谐振频率向高频方向移动。温度变化时，变压器变比随温度的升高而增大，同时谐振频率也向高频移动。如果采用传统电磁变压器的控制方式，固定频率仅调节输入变压器脉冲宽度，那么对于压电变压器来说，设定一个固定的频率，将无法满足压电变压器在不同的负载和温度条件下，此频率都落在压电变压器的谐振频率点和反谐振频率点之间，由此导致压电变压器无法工作。调节压电变压器驱动电压的频率可以实现对输出电压的调节，即PFM(脉冲频率调节)。实际使用中发现，单纯通过PFM和PWM的控制方法，无法满足输入电压波动范围较大的问题。IEEE TRANSACTIONS ONPOffER ELECTRONICS, VOL. 18， NO. 1，JANUARY 2003 公开了一篇题为《Combined PWM and PFM Control for Universal Line Voltage of a PiezoelectricTransformer Off-Line Converter〉〉的文章，文中提至Ij 了一种将PWM和PFM相结合的方式对压电变压器进行控制，在实际的使用过程中可以满足较大范围的输入电压波动，但同时当出现负载和温度波动范围较大的情况时，压电变压器的工作频率点出现了超出谐振点和反谐振点频率范围的问题，导致压电变压器没有办法正常工作。
发明内容
为了解决现有技术中压电变压器的工作频率点出现了超出谐振点和反谐振点频率范围的问题，本发明提供一种压电变压器的驱动控制方法，使得在温度和负载出现较大波动的情况下，压电变压器的工作频率区间仍然能够落在谐振点和反谐振点之间，同时当输入电压出现波动时，保证输出电压的稳定。
为实现上述目的，本发明提供了一种降压型大功率压电变压器的驱动控制方法， 包括侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差；根据所述侦测到的所述输入电压和输出电压之间的相位差与设定的相位差定值比较，从而获得变压器工作频率范围；将获得的频率范围的初始频率设为谐振点，以及终止频率为反谐振点；将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较；当压电变压器的输出电压偏低于所述基准电压，则调整驱动压电变压器的脉冲宽度。所述的压电变压器电源的驱动控制方法还包括以下步骤当压电变压器的输出电压偏高于所述基准电压，增加驱动压电变压器的脉冲频率；然后将驱动变压器的脉冲频率与所述反谐振点的频率进行比较，如果等于反谐振点的频率，则调整驱动压电变压器的脉冲宽度；如果小于反谐振点的频率，则将所述输出电压与所述基准电压比较，如果输出电压偏低，则减少驱动变压器的脉冲频率。当输出电压与所述基准电压比较，输出电压偏高时，将重复执行增加压电变压器的驱动脉冲频率。所述压电变压器的输出电压的侦测是通过电阻分压采样。所述将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较是通过电压比较器进行比较的。所述当压电变压器的输出电压偏低于所述基准电压，调整驱动压电变压器的脉冲宽度具体为电压比较器发现输出电压偏低于所述基准电压后，选择锁相环控制电路和脉冲宽度调制电路，调整压电变压器的脉冲宽度。所述输出电压偏低，则减少驱动压电变压器的脉冲频率具体为电压比较器发现所述输出电压偏低于所述基准电压比较，选择锁相环控制电路和脉冲频率调制电路，调整驱动压电变压器的脉冲频率。本发明还涉及一种压电变压器的驱动控制电路，包括输入电路、开关电路、压电变压器和输出电路，还包括锁相环控制电路，所述锁相环控制电路连接在所述压电变压器两端，用于侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差，根据所述侦测到的所述输入电压相位和输出电压相位之间的相位差与设定的相位差定值比较，从而获得频率范围；将获得的频率范围的初始频率设为谐振点，以及终止频率为反谐振点；电压采样电路，用于对所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压采样；电压比较器，与所述电压采样电路连接，用于将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较；脉冲宽度调制电路，与所述电压比较器和锁相环控制电路连接，所述脉冲宽度调制电路和锁相环控制电路受到所述电压比较器的控制；中心驱动控制电路，与所述脉冲宽度调制电路、锁相环控制电路和开关电路连接，用于当压电变压器的输出电压低于所述基准电压时，调整驱动压电变压器的脉冲宽度。所述的压电变压器的驱动控制电路还包括脉冲频率调制电路，与所述锁相环控制电路和中心驱动控制电路连接，用于调整压电变压器驱动脉冲频率。本发明提供一种压电变压器的驱动控制方式，使得在温度和负载出现较大波动的情况下，压电变压器的工作频率区间仍然能够落在谐振点和反谐振点之间，同时当输入电压出现波动时，保证输出电压的稳定。
图1所示为变压器变比与频率的关系；图2所示为变压器变比与负载的关系；图3所示为变压器变比与温度的关系；图4所示为本发明压电变压器电源的驱动控制方法的流程图；图5所示的压电变压器的驱动控制电路。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。如图4所示为本发明压电变压器的驱动控制方法的流程图，该方法包括以下步骤步骤10，侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差；步骤20，根据所述侦测到的所述输入电压和输出电压之间的相位差与设定的相位差定值比较，从而获得变压器工作频率范围；即通过相位差得到压电变压器的谐振点与反谐振点；步骤30，将获得的频率范围的初始频率设为谐振点，以及终止频率为反谐振点；步骤40，将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较；步骤50，当压电变压器的输出电压偏低于所述基准电压，则调整驱动压电变压器的脉冲宽度。步骤60，当压电变压器的输出电压偏高于所述基准电压，增加驱动压电变压器的脉冲频率；步骤70，然后将驱动压电变压器的脉冲频率与所述反谐振点的频率进行比较，如果等于反谐振点的频率，则执行步骤81，调整驱动压电变压器的脉冲宽度；如果小于反谐振点的频率，则执行步骤82将所述输出电压与所述基准电压比较，如果输出电压偏低，则执行步骤91减少压电变压器的驱动脉冲频率。当输出电压与所述基准电压比较，输出电压偏高时，将重复执行步骤60增加压电变压器的驱动脉冲频率。在完成了上述调整脉冲宽度或者频率之后，在对下一个谐振点对应的输出电压进行同样的操作，即重复之前的步骤从步骤40开始。同时参见图5所示本发明采用的压电变压器的驱动控制电路100，所述驱动控制电路100包括输入电路1为输入部分，包括过流过压保护、EMC滤波、桥式整流、bulk电容滤波，输出约300V直流电供主半桥的开关电路2使用，受中心驱动控制电路3控制的开关电路2产生能驱动压电变压器4工作的近似正弦波，同时压电变压器输出所需要的标准正弦波，标准正弦波经输出电路5变为所需要的直流电。输出电路5为常规整流、滤波电路， 高压输出一般采用桥式整流，倍流整流输出，低压输出多采用同步整流模式。频率宽度中心驱动控制电路3受到PLL、PFM、PWM的控制。PLL是锁相环控制电路6，由相位比较器、压控振荡器(VCO)和分频器、参考频率处理电路构成，具体构成为现有技术在此不再赘述。PFM 是脉冲频率调制电路7，由简单的压控振荡器构成。PWM是脉冲宽度调制电路8，采用常规的SMPS用的集成PWM构成，其中PWM被PFM同步。电压采样电路9 一般为电阻分压采样， 由它采取的输出电压与基准电压10通过如LM393等电压比较器11进行比较，通过电子模拟开关如DG200(图中未示出)等，选择PLL与PFM或PLL与PWM—起控制中心驱动控制电路，进而控制开关电路，最后达到控制压电变压器输出的目的。图4描述的方法采用图5所的电路来进行控制，所述压电变压器的输出电压的侦测是通过电阻分压采样。所述将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较是通过电压比较器进行比较的。所述当压电变压器的输出电压偏低于所述基准电压，调整驱动压电变压器的脉冲宽度具体为电压比较器发现输出电压偏低于所述基准电压后，选择锁相环控制电路和脉冲宽度调制电路，调整驱动压电变压器的脉冲宽度。所述输出电压偏低，则减少驱动压电变压器的脉冲频率具体为电压比较器发现所述输出电压偏低于所述基准电压比较， 选择锁相环控制电路和脉冲频率调制电路，调整压电变压器驱动脉冲频率。即本发明提供的一种压电变压器的驱动控制电路，包括输入电路、开关电路、压电变压器和输出电路，上述电路顺序串联，还包括锁相环控制电路，所述锁相环控制电路连接在压电变压器两端，即锁相环控制电路的一端连接开关电路和压电变压器之间，另一端连接在输出电路和压电变压器之间；用于侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差， 根据所述侦测到的所述输入电压相位和输出电压相位之间的相位差与设定的相位差定值比较，从而获得频率范围；将获得的频率范围的初始频率设为谐振点，以及终止频率为反谐振点；电压采样电路，用于对所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压采样；电压比较器，与所述电压采样电路连接，用于将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较；脉冲宽度调制电路，与所述电压比较器和锁相环控制电路连接， 所述脉冲宽度调制电路和锁相环控制电路受到所述电压比较器的控制；中心驱动控制电路，与所述脉冲宽度调制电路和锁相环控制电路连接，用于当压电变压器的输出电压低于所述基准电压时，调整驱动压电变压器的脉冲宽度；脉冲频率调制电路，与所述锁相环控制电路和中心驱动控制电路连接，用于调整压电变压器驱动脉冲频率。本发明侦测不同温度和负载条件下，压电变压器工作频率的谐振点和反谐振点的范围，使用了一种锁相环技术(PLL)与PWM、PFM相结合的方式对压电变压器的驱动进行控制。压电变压器的输入电压和输出电压的相位存在一定的相位差，这个相位差在压电变压器的谐振点和反谐振点间是定值，通过侦测此相位差即可得到压电变压器的谐振点与反谐振点，以此限定压电变压器的不同温度和负载条件下的频率范围，同时通过将输出电压与基准电压的比较来调节驱动压电变压器的脉冲宽度和频率实现对输出电压的控制。使得在温度和负载出现较大波动的情况下，压电变压器的工作频率区间仍然能够落在谐振点和反谐振点之间，同时当输入电压出现波动时，保证输出电压的稳定。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种压电变压器的驱动控制方法，其特征在于包括以下步骤 侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差；根据所述侦测到的所述输入电压相位和输出电压相位之间的相位差与设定的相位差定值比较，从而获得变压器工作频率范围；将获得的频率范围的初始频率设为谐振点，以及终止频率为反谐振点； 将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较； 当压电变压器的输出电压低于所述基准电压，则调整驱动压电变压器的脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的压电变压器的驱动控制方法，其特征在于还包括以下步骤 当压电变压器的输出电压高于所述基准电压，增加驱动压电变压器的脉冲频率；然后将驱动压电变压器的脉冲频率与所述反谐振点的频率进行比较，如果等于反谐振点的频率，则调整驱动压电变压器的脉冲宽度；如果小于反谐振点的频率，则将所述输出电压与所述基准电压比较，如果输出电压偏低，则减少驱动压电变压器的脉冲频率。
3.如权利要求2所述的压电变压器的驱动控制方法，其特征在于当输出电压与所述基准电压比较，输出电压偏高时，将重复执行增加驱动压电变压器的脉冲频率。
4.如权利要求1或2所述的压电变压器的驱动控制方法，其特征在于所述压电变压器的输出电压的侦测是通过电阻分压采样。
5.如权利要求4所述的压电变压器的驱动控制方法，其特征在于所述将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较是通过电压比较器进行比较的。
6.如权利要求5所述的压电变压器的驱动控制方法，其特征在于所述当压电变压器的输出电压低于所述基准电压，调整驱动压电变压器的脉冲宽度具体为电压比较器发现输出电压低于所述基准电压后，选择锁相环控制电路和脉冲宽度调制电路，调整驱动压电变压器的脉冲宽度。
7.如权利要求5所述的压电变压器的驱动控制方法，其特征在于所述输出电压低，则减少驱动压电变压器的脉冲频率具体为电压比较器发现所述输出电压偏低于所述基准电压比较，选择锁相环控制电路和脉冲频率调制电路，调整压电变压器的驱动频率。
8.一种压电变压器的驱动控制电路，包括输入电路、开关电路、压电变压器和输出电路，其特征在于还包括锁相环控制电路，所述锁相环控制电路的一端连接所述开关电路和压电变压器之间， 另一端连接在所述输出电路和压电变压器之间；用于侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差，根据所述侦测到的所述输入电压相位和输出电压相位之间的相位差与设定的相位差定值比较，从而获得频率范围；将获得的频率范围的初始频率设为谐振点，以及终止频率为反谐振点；电压采样电路，用于对所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压采样； 电压比较器，与所述电压采样电路连接，用于将所述谐振点所对应的压电变压器的输出电压与预先设定的基准电压进行比较；脉冲宽度调制电路，与所述电压比较器和锁相环控制电路连接，所述脉冲宽度调制电路和锁相环控制电路受到所述电压比较器的控制；中心驱动控制电路，与所述脉冲宽度调制电路和锁相环控制电路以及开关电路连接，用于当压电变压器的输出电压低于所述基准电压时，调整驱动压电变压器的脉冲宽度。
9.如权利要求8所述的压电变压器的驱动控制电路，其特征在于还包括 脉冲频率调制电路，与所述锁相环控制电路和中心驱动控制电路连接，用于调整压电变压器驱动脉冲频率。
全文摘要
本发明公开了一种压电变压器在电路中的驱动控制方法以及电路，该方法包括侦测压电变压器的输入电压和输出电压相位差；侦测到的相位差与设定的相位差定值比较，获得压电变压器工作频率范围；设谐振点及反谐振点；将谐振点所对应的输出电压与基准电压比较；当低于基准电压则调整驱动压电变压器的脉冲宽度，当高于所述基准电压则增加脉冲频率。该电路包括锁相环控制电路，锁相环控制电路的一端连接开关电路和压电变压器之间，另一端连接在输出电路和压电变压器之间；电压采样电路；电压比较器与电压采样电路连接；脉冲宽度调制电路，与电压比较器和锁相环控制电路连接；中心驱动控制电路，与脉冲宽度调制电路和锁相环控制电路以及开关电路连接。
文档编号H02P13/00GK102231618SQ201010101680
公开日2011年11月2日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者周伟革, 都金龙 申请人:北京为华新光电子有限公司