一种开关控制方法及数字控制器与流程

本发明涉及开关时序控制技术领域，特别是涉及一种开关控制方法及数字控制器。

背景技术：

在能源转换系统中，电源的转换效率是非常重要的。宽禁带功率半导体，如氮化镓(gan)和碳化硅(sic)，由于其出色的开关特性和不断提升的品质，近期逐渐得到了电力转换应用的青睐。得益于氮化镓和碳化硅的优点，图腾柱无桥(totem-polebridgeless)电路作为无桥电路的一种，具有电路结构简单和转换效率高等优点，在近年来越来越受到普遍的应用。

当图腾柱无桥电路工作在连续导通模式下，其电感电流在轻载时或网侧电压过零点附近区域存在反向电流，降低电路效率工作效率。

技术实现要素：

本发明实施例一个目的旨在提供一种开关控制方法及数字控制器，其解决了传统技术在轻载时或网侧电压过零点附近区域存在反向电流，从而降低电路效率工作效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供一种开关控制方法，用于图腾柱无桥电路，所述图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；

所述方法包括：获取所述电源的电源电压、所述负载单元的负载电压以及所述电感的电感电流；根据所述电源电压、所述负载电压以及所述电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，其中，当所述第一开关管为主开关管时，所述第二开关管为同步整流开关管，当所述第二开关管为主开关管时，所述第一开关管为同步整流开关管；若m+n<1，关断所述同步整流开关管。

所述若m+n<1，关断所述同步整流开关管，包括：若m+n<1，在所述同步整流开关管的占空比n对应的时间段内选择任意时间点关断所述同步整流开关管；或者，若m+n<1，在所述同步整流开关管导通占空比n对应的时间段后，关断所述同步整流开关管。

所述方法还包括：若m+n>1,或者,m+n＝1，在所述电源电压位于正半周时，所述第二开关管为主开关管并且所述第二开关管的占空比为m，所述第一开关管为同步整流开关管并且所述第一开关管的占空比为1-m，所述第三开关管关断，所述第四开关管导通；若m+n>1,或者,m+n＝1，在所述电源电压位于负半周时，所述第一开关管为主开关管并且所述第一开关管的占空比为m，所述第二开关管为同步整流开关管并且所述第二开关管的占空比为1-m，所述第三开关管导通，所述第四开关管关断。

所述方法还包括：在检测到所述负载电压大于预设电压保护阈值或者所述电感电流大于预设电流保护阈值时,关断所述第一开关管至所述第四开关管。

在第二方面，本发明实施例提供一种数字控制器，用于图腾柱无桥电路，所述图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；

所述数字控制器包括：采集电路，用于采集所述电源的电源电压、所述负载单元的负载电压以及所述电感的电感电流；处理电路，其与所述采集电路连接，用于根据所述电源电压、所述负载电压以及所述电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，其中，当所述第一开关管为主开关管时，所述第二开关管为同步整流开关管，当所述第二开关管为主开关管时，所述第一开关管为同步整流开关管；驱动电路，其与所述处理电路连接，用于当m+n<1时，在所述同步整流开关管导通占空比n对应的时间段后，关断所述同步整流开关管。

可选地，所述驱动电路包括：驱动原始波形产生单元，用于响应于第一开关管的占空比的输入，分别输出互补的第一开关管的占空比与第二开关管的占空比；同步整流管控制单元，其与所述驱动原始波形产生单元连接，用于响应于第一开关管的占空比、第二开关管的占空比以及同步整流开关管的占空比的输入，当m+n<1时，调整同步整流开关管的占空比为0。

可选地，当m+n>1,或者,m+n＝1时，所述同步整流管控制单元还用于响应于第一开关管的占空比、第二开关管的占空比以及同步整流开关管的占空比的输入，分别输出主开关管的占空比为m，同步整流开关管的占空比为1-m。

可选地，所述驱动电路还包括：全局驱动控制单元，用于接收所述电源的电源电压的相位，并且根据所述电源的电源电压的相位控制所述第一开关管至所述第四开关管的开关状态。

可选地，所述全局驱动控制单元用于根据所述电源的电源电压的相位控制所述第一开关管至所述第四开关管的开关状态，包括：当所述电源的电源电压的相位位于过零点区域时，所述全局驱动控制单元关断所述第一开关管至所述第四开关管；当所述电源的电源电压的相位位于非过零点区域并位于正半周时，所述全局驱动控制单元导通所述第四开关管，关断所述第三开关管；当所述电源的电源电压的相位位于非过零点区域并位于负半周时，所述全局驱动控制单元关断所述第四开关管，导通所述第三开关管。

可选地，所述处理电路还用于：根据所述负载电压是否大于预设电压保护阈值或者所述电感电流是否大于预设电流保护阈值,产生第一保护信号，以使所述全局驱动控制单元根据所述第一保护信号控制所述第一开关管至所述第四开关管的开关状态。

可选地，所述驱动原始波形产生单元包括：第一比较器、第一锯齿波发生器、第一反相器、第一死区延时器、第二死区延时器、第一与门及第二与门，所述第一比较器的同相输入端用于接收第一开关管的占空比，第一锯齿波发生器与第一比较器的反相输入端连接，第一比较器的输出端分别与所述第一反相器的输入端、所述第一死区延时器的输入端、所述第一与门的第一输入端连接，所述第一死区延时器的输出端与所述第一与门的第二输入端连接，所述第一反相器的输出端分别与所述第二死区延时器的输入端、所述第二与门的第一输入端连接，所述第二死区延时器的输出端与所述第二与门的第二输入端连接。

可选地，所述同步整流管控制单元包括：第一上升沿触发器、第二上升沿触发器、第一计数器、第二计数器、第二比较器、第三比较器、同步整流管逻辑模块、第三与门以及第四与门，所述第一上升沿触发器的输入端与所述第一与门的输出端连接，所述第一上升沿触发器的输出端与所述第一计数器的输入端连接，所述第一计数器的输出端与所述第二比较器的反相输入端连接，所述第二上升沿触发器的输入端与所述第二与门的输出端连接，所述第二上升沿触发器的输出端与所述第二计数器的输入端连接，所述第二计数器的输出端与所述第三比较器的反相输入端连接，所述第二比较器与所述第三比较器的同相输入端用于接收同步整流开关管的占空比，所述第二比较器的输出端与所述同步整流管逻辑模块的第一输入端连接，所述第三比较器的输出端与所述同步整流管逻辑模块的第二输入端连接，所述第三与门的第一输入端与所述同步整流管逻辑模块的第一输出端连接，所述第三与门的第二输入端与所述第一与门的输出端连接，所述第四与门的第一输入端与所述同步整流管逻辑模块的第二输出端连接，所述第四与门的第二输入端与所述第二与门的输出端连接。

可选地，所述全局驱动控制单元包括：第五与门、第六与门、第七与门、第八与门、第九与门、第二反相器、第三反相器以及相位逻辑判断电路，所述相位逻辑判断电路的输入端用于接收所述电源的电源电压的相位，所述相位逻辑判断电路的第一输出端分别与所述同步整流管逻辑模块、所述第八与门的第二输入端、所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端与所述第七与门的第二输入端连接，所述第三反相器的输入端用于接收所述第一保护信号，所述第三反相器的输出端与所述第九与门的第一输入端连接，所述第九与门的第二输入端与所述相位逻辑判断电路的第二输出端连接，所述第九与门的输出端分别皆与所述第五与门至所述第八与门的第一输入端连接，所述第五与门的第二输入端与所述第三与门的输出端连接，所述第五与门的输出端用于与所述第一开关管的控制端连接，所述第六与门的第二输入端与所述第四与门的输出端连接，所述第六与门的输出端用于与所述第二开关管的控制端连接。

在本发明各个实施例中，在图腾柱无桥电路中，通过根据电源电压、负载电压以及电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，当m+n<1，其确定电感电流进入电流断续模式，并且关断同步整流开关管，从而抑制电感电流在轻载时或网侧电压过零点附近区域的状态下出现的反向电流。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供一种图腾柱无桥电路的结构示意图；

图1a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路的开关控制时序的示意图；

图1b是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路驱动轻载时的传统控制策略对应的电感电流、第一开关管至第四开关管的波形示意图；

图1c是图1b的局部放大示意图；

图2是本发明实施例提供一种数字控制器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供一种处理电路的结构示意图；

图3a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路驱动轻载时的传统控制策略对应的电感电流、第一开关管至第四开关管的波形示意图；

图3b是图3a的局部放大示意图；

图4是本发明实施例提供一种驱动电路的原理框图；

图5是本发明实施例提供一种驱动电路的结构示意图；

图6是本发明实施例提供一种同步整流管控制单元在电源电压处于正半周时的工作波形示意图；

图7是本发明实施例提供一种同步整流管控制单元在电源电压处于负半周时的工作波形示意图；

图8至图10是本发明实施例提供的一种图腾柱无桥电路的波形图；

图11是本发明实施例提供一种开关控制装置的结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供一种开关控制装置的结构示意图；

图13是本发明又另实施例提供一种开关控制装置的结构示意图；

图14是本发明实施例提供一种开关控制方法的流程示意图；

图15是本发明另一实施例提供一种开关控制方法的流程示意图；

图16是本发明又另实施例提供一种开关控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供一种图腾柱无桥电路的结构示意图。如图1所示，该图腾柱无桥电路11包括第一桥臂单元111与第二桥臂单元112。第一桥臂单元111与第二桥臂单元112并联于第一并联连接点11a和第二并联连接点11b之间，第一桥臂单元111包括同向串联的第一开关管q1与第二开关管q2，第一开关管q1与第二开关管q2之间的连接点为第一串联连接点11c，第二桥臂单元112包括同向串联的第三开关管f1与第四开关管f2，第三开关管f1与第四开关管f2之间的连接点为第二串联连接点11d，第一并联连接点11a和第二并联连接点11b之间还用于并联负载单元113，第一串联连接点11c和第二串联连接点11d之间还用于连接电源ac和电感l1，电源ac和电感l1串联。

在一些实施例中，第一开关管q1与第二开关管q2的工作状态受驱动信号的控制，例如：第一开关管q1与第二开关管q2分别为n沟道绝缘栅型场效应管，控制器向第一开关管q1发送第一驱动信号控制第一开关管q1导通或者截止，控制器根据第一开关管q1的导通或者截止向第二开关管q2发送第二驱动信号控制第二开关管q2导通或者截止。

在一些实施例中，第三开关管f1与第四开关管f2的工作状态可以受驱动信号的控制，亦可以不受驱动信号的控制。例如：第三开关管f1与第四开关管f2分别为n沟道绝缘栅型场效应管，此处第三开关管f1与第四开关管f2的控制策略同上第一开关管q1与第二开关管q2的论述，在此不赘述。再例如：第三开关管f1与第四开关管f2为二极管。

图1a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路的开关控制时序的示意图。如图1a所示，iac是流经电感l1的电感电流，gq1是控制器发送给第一开关管q1的第一驱动信号，gq2是控制器发送给第二开关管q2的第二驱动信号。

基于图1所揭示的图腾柱无桥电路，本发明实施例结合图1a详细阐述传统图腾柱无桥电路的控制策略，如下所述：

在电源ac输入的交流电位于正半周时，第二开关管q2为主开关管，第一开关管q1是同步整流开关管，第二开关管q2与第一开关管q1工作在互补开通状态。

当gq2是高电平，gq1是低电平时，第二开关管q2闭合，第一开关管q1断开。电流通过电源ac的正向端流向电感l1、第二开关管q2、第四开关管q4再流回电源ac1的负向端。电感l1工作在储存能量状态，电源ac对电感l1储能。

当gq2是低电平，gq1是高电平时，第二开关管q2断开，第一开关管q1闭合时，电流通过电源ac的正向端流向电感l1、第一开关管q1、负载单元70、第四开关管s4再流回电源ac的负向端。电感l1工作在释放能量状态，对负载单元113释放能量，负载电容工作在充电状态。

在电源ac输入的交流电位于负半周时，第一开关管q1为主开关管，第二开关管q2是同步整流开关管，第一开关管q1与第二开关管q2工作在互补开通状态。

当gq2是低电平，gq1是高电平时，第一开关管q1闭合，第二开关管q2断开。电流通过电源ac的负向端流向第三开关管q3、第一开关管q1、电感l1再流回电源ac的正向端。电感l1工作在储存能量状态，电源ac对电感l1储能。

当gq2是高电平，gq1是低电平时，第二开关管q2闭合，第一开关管q1断开时，电流通过ac的负向端流向第三开关管q3、负载单元113、第二开关管q2、电感l1、再流回电源ac的正向端。电感l1工作在释放能量状态，对负载单元释放能量，负载电容工作在充电状态。

然而，当负载较轻或者电感电流在网侧电压过零点附近，由于图腾柱无桥电路的能量可以双向流通，同步整流开关管续流至电感电流为零后，电感电流连续，因此，电感电流将反向流通，反向电流会降低图腾柱无桥电路的工作效率。请一并参阅图1b与图1c，图1b是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路驱动轻载时的传统控制策略对应的电感电流、第一开关管至第四开关管的波形示意图，图1c是图1b的局部放大示意图。如图1b所示，当图腾柱无桥电路驱动轻载时，电感电流的波形比较陡，并且在过零点区域内，电感电流偏离正常正弦交流的轨迹，例如，当正半周向负半周过渡时，电感电流的绝对值在负半周先逐渐变大，然后又逐渐变小。如图1c所示，电感电流在过零点后反向流通，其降低图腾柱无桥电路的工作效率。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供一种数字控制器的结构示意图。如图2所示，该数字控制器20应用于上述各个实施例所示的图腾柱无桥电路11。该数字控制器20包括：采集电路21、处理电路22以及驱动电路23，处理电路22与采集电路21连接，驱动电路23与处理电路22连接。

采集电路21用于采集电源ac的电源电压vac、负载单元113的负载电压vdc以及电感l1的电感电流iac。在一些实施例中，如图2所示，该采集电路21包括第一电压信号调理电路211、第二电压信号调理电路212以及第一电流调理电路213，第一电压信号调理电路211用于采集电源ac的电源电压vac，第二电压信号调理电路212用于采集负载单元113的负载电压vdc(亦可以采集母线电容的两端电压作为负载电压)，第一电流调理电路213用于采集流经电感l1的电感电流iac。

处理电路22接收采集电路21发送的电源电压vac、负载电压vdc以及电感电流iac，根据电源电压vac、负载电压vdc以及电感电流iac，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n。如前所述，当第一开关管q1为主开关管时，第二开关管q2为同步整流开关管，当第二开关管q2为主开关管时，第一开关管q1为同步整流开关管。

在一些实施例中，如图2所示，处理电路22包括信号转换单元221、比较器保护单元222、相位计算单元223、环路计算单元224、系统计算单元225、辅助运算单元226以及死区设定单元227。

首先，信号转换单元221将第一电压信号调理电路211、第二电压信号调理电路212以及第一电流调理电路213采集到的模拟喜好量转换为离散数值，为后续控制逻辑提供图腾柱无桥电路的各个状态变量，该各个状态变量包括电源电压vac、负载电压vdc以及电感电流iac。

再次，比较器保护单元222根据负载电压vdc与预设电压保护阈值之间的大小，产生第一保护信号disable。在一些实施例中，若负载电压vdc大于预设电压保护阈值，第一保护信号disable为低电平，若负载电压vdc小于预设电压保护阈值，第一保护信号disable为高电平。

进一步的，比较器保护单元222还可以根据电感电流iac是否大于预设电流保护阈值,产生第一保护信号disable。在一些实施例中，若电感电流iac大于预设电流保护阈值，第一保护信号disable为低电平，若电感电流iac小于预设电流保护阈值，第一保护信号disable为高电平。

再次，相位计算单元223根据锁相环算法计算出电源电压vac的相位theta。

再次，环路计算单元224根据电源电压vac、负载电压vdc以及电感电流iac，计算出主开关管的占空比m。

再次，系统计算单元225用于计算该数字控制器的其它参数，例如：当确定第二开关管q2为主开关管，第一开关管q1为同步整流开关管，于是，系统计算单元225根据第二开关管q2的占空比m，计算出对作为同步整流开关管的第一开关管q1占空比m’，其中，m’＝1-m。

最后，辅助运算单元226可以根据环路计算单元224计算到的主开关管的占空比m，计算出同步整流开关管的占空比n。通过利用辅助运算单元226计算同步整流开关管的占空比n，相对的，其能够使数字控制器分别快速输出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，以迅速地调节图腾柱无桥电路的工作状态。

其中，为了更好地协调好主开关管与同步整流开关管之间的开关状态，在图腾柱无桥电路中，其在主开关管与同步整流开关管互补导通的间隙设置了死区占空比，死区占空比用于指示主开关管与同步整流开关管皆关断，一般的，死区占空比的时间比较短。死区设定单元227分别为辅助运算单元226在计算同步整流开关管的占空比n时设置死区占空比d，以及，为驱动电路23输出控制逻辑时设置死区占空比d。

在上述各个实施例中，处理电路22根据电源电压的相位，确定主开关管、同步整流开关管及其占空比。例如：当电源电压位于正半周时，第二开关管为主开关管，第一开关管为同步整流开关管，因此，第二开关管的占空比为m，第一开关管q1占空比m’为1-m。当电源电压位于负半周时，第一开关管为主开关管，第二开关管为同步整流开关管，因此，第一开关管的占空比m’为m，第二开关管q1占空比为1-m。亦即，处理电路22输出的第一开关管q1的占空比m’与环路计算单元计算出的主开关管占空比m以及电源电压的相位的关系如下：

在本实施例中，同步整流开关管的占空比n与主开关管的占空比m以及死区占空比d有以下关系：

其中，vac为电源电压，vdc为负载电压。

当死区占空比d很小时，其可以被忽略，于是，同步整流开关管的占空比n与主开关管的占空比m有以下关系：

进一步的，当电感电流进入电流断续工作模式时，其判断条件为：

m+n<1

再进一步的，当电感电流进入电流连续工作模式时，其判断条件为：

m+n>1,或者,m+n＝1

在一些实施例中，处理电路22可以为通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、单片机、arm(acornriscmachine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，处理电路22还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理电路22也可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp核、或任何其它这种配置。

如图3所示，处理电路22包括：至少一个处理器221以及与所述至少一个处理器221通信连接的存储器222；其中，图3中以一个处理器221为例。处理器221和存储器222可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

其中，存储器222存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器221执行，以使所述至少一个处理221能够用于执行上述信号转换单元221至死区设定单元227的控制逻辑。

在上述各个实施例中，处理电路22计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n后，驱动电路23根据主开关管的占空比m、同步整流开关管的占空比n以及电源电压的相位，在电感电流处于电流连续工作模式或电流断续工作模式下，控制第一开关管q1至第四开关管f2的工作状态，以实现图腾柱无桥电路的控制。例如：当驱动电路23判断到：m+n>1,或者,m+n＝1，确定电感电流处于电流连续工作模式下，于是，驱动电路23可以按照传统图腾柱无桥电路的控制逻辑进行，亦即：当电源电压处于正半周时，第二开关管q2作为主开关管，第一开关管q1作为同步整流开关管，第二开关管q2与第一开关管q1互补导通，并且，第四开关管f2一直工作在导通状态，第三开关管f1一直工作在关断状态。当电源电压处于负半周时，第一开关管q1作为主开关管，第二开关管q2作为同步整流开关管，第二开关管q2与第一开关管q1互补导通，并且，第三开关管f1一直工作在导通状态，第四开关管f2一直工作在关断状态。

当驱动电路23判断到：m+n<1，确定电感电流处于电流断续工作模式下，于是，驱动电路23在同步整流开关管导通占空比n对应的时间段后，关断同步整流开关管，从而阻止反向电流通过。请一并参阅图3a与图3b，图3a是本发明实施例提供一种基于图腾柱无桥电路驱动轻载时的传统控制策略对应的电感电流、第一开关管至第四开关管的波形示意图，图3b是图3a的局部放大示意图。如图3a所示，当图腾柱无桥电路驱动轻载时，电感电流位于正常正弦交流的轨迹。如图3b所示，其能够抑制电感电流反向。

在本实施例中，如图4所示，该驱动电路40包括：驱动原始波形产生单元41、同步整流管控制单元42以及全局驱动控制单元43，同步整流管控制单元42与驱动原始波形产生单元41连接，全局驱动控制单元43与同步整流管控制单元42连接。

驱动原始波形产生单元41用于响应于第一开关管q1的占空比为m的输入，分别输出互补的第一开关管的占空比m与第二开关管的占空比1-m。

同步整流管控制单元42用于响应于第一开关管q1的占空比m、第二开关管q2的占空比1-m以及同步整流开关管的占空比n的输入，当m+n<1时，调整同步整流开关管的占空比为0。

当m+n>1,或者,m+n＝1时，同步整流管控制单元42还用于响应于第一开关管q1的占空比m、第二开关管q2的占空比1-m以及同步整流开关管的占空比n的输入，分别输出主开关管的占空比为m，同步整流开关管的占空比为1-m。

全局驱动控制单元43用于接收电源的电源电压vac的相位theta，并且根据电源的电源电压vac的相位theta控制第一开关管q1至第四开关管q4的开关状态。具体的，当电源的电源电压vac的相位theta位于过零点区域时，全局驱动控制单元43关断第一开关管q1至第四开关管f2。当电源的电源电压vac的相位theta位于非过零点区域并位于正半周时，全局驱动控制单元43导通第四开关管f2，关断第三开关管f1。当电源的电源电压vac的相位theta位于非过零点区域并位于负半周时，全局驱动控制单元43关断第四开关管f2，导通第三开关管f1。

如前所述，若负载电压vdc大于预设电压保护阈值，第一保护信号disable为低电平时，或者，若电感电流iac大于预设电流保护阈值，第一保护信号disable为低电平时，全局驱动控制单元43根据disable低电平关断第一开关管q1至第四开关管f2。

为了详细阐述本发明实施例提供的驱动电路的工作原理，本发明实施例提供一种驱动电路的结构示意图。如图5所示，该驱动原始波形产生单元41包括：第一比较器105、第一锯齿波发生器104、第一反相器106、第一死区延时器107a、第二死区延时器107b、第一与门108a及第二与门108b，第一比较器105的同相输入端用于接收第一开关管q1的占空比m’为101，第一锯齿波发生器104与第一比较器105的反相输入端连接，第一比较器105的输出端分别与第一反相器106的输入端、第一死区延时器107a的输入端、第一与门108a的第一输入端连接，第一死区延时器107a的输出端与第一与门108a的第二输入端连接，第一反相器106的输出端分别与第二死区延时器107b的输入端、第二与门108b的第一输入端连接，第二死区延时器107b的输出端与第二与门108b的第二输入端连接。

如图5所示，第一开关管q1的占空比m’与第一锯齿波发生器104产生的锯齿波进行比较，得到第一开关管q1的驱动信号原始波形。然后该驱动信号原始波形经过第一反相器106得到第二开关管q2的驱动原始波形。第一开关管q1的驱动原始波形经过第一死区延时器107a与第一与门108a的处理，得到带有死区的第一开关管q1的驱动信号原始波形，第二开关管q2的驱动信号原始波形经过第二死区延时器107b与第二与门108b的处理，得到带有死区的第二开关管q2的驱动原始波形。

第一锯齿波发生器104采用上升与下降计数方式，其计数器计数间隔为固定值a，即驱动信号最小脉冲分辨率；其计数器从0递增计数至最大值后递减计数到0，周期为b，即：第一开关管q1或第二开关管q2的开关频率。

请再参阅图5，同步整流管控制单元42包括：第一上升沿触发器109a、第二上升沿触发器109b、第一计数器110a、第二计数器110b、第二比较器111a、第三比较器111b、同步整流管逻辑模块112、第三与门113a以及第四与门113b，第一上升沿触发器109a的输入端与第一与门108a的输出端连接，第一上升沿触发器109a的输出端与第一计数器110a的输入端连接，第一计数器110a的输出端与第二比较器111a的反相输入端连接，第二上升沿触发器109b的输入端与第二与门108b的输出端连接，第二上升沿触发器109b的输出端与第二计数器110b的输入端连接，第二计数器110b的输出端与第三比较器111b的反相输入端连接，第二比较器111a与第三比较器111b的同相输入端用于接收同步整流开关管的占空比102为n，第二比较器111a的输出端与同步整流管逻辑模块112的第一输入端连接，第三比较器111b的输出端与同步整流管逻辑模块112的第二输入端连接，第三与门113a的第一输入端与同步整流管逻辑模块112的第一输出端连接，第三与门113a的第二输入端与第一与门108a的输出端连接，第四与门113b的第一输入端与同步整流管逻辑模块112的第二输出端连接，第四与门113b的第二输入端与第二与门108b的输出端连接。

如图5所示，第一上升沿触发器109a、第二上升沿触发器109b检测到输入波形上升沿后，分别触发第一计数器110a、第二计数器110b开始计数，其计数值分别与同步整流开关管的占空比n进行比较。同步整流管逻辑模块112的输入为第二比较器111a和第三比较器111b的输出、第一锯齿波发生器104的计数值、第三开关管f1的驱动信号drv3以及第四开关管f2的驱动信号drv4，并输出第一开关管q1的使能信号q1_en和第二开关管q2的使能信号q2_en。第一开关管q1的使能信号q1_en与带有死区的第一开关管的驱动信号原始波形通过第三与门113a相与，得到第一开关管q1的驱动波形。第二开关管q2的使能信号q2_en与带有死区的第二开关管驱动信号原始波形通过第四与门113b相与，得到第二开关管q2的驱动波形。

当同步整开关管的占空比n大于第一计数器110a的计数值时，第二比较器111a的输出为正，当同步整开关管的占空比n小于所述第一计数器110a的计数值时，第二比较器111a的输出为负。当同步整流管的占空比n大于第二计数器110b的计数值时，第三比较器111b的输出为正，当同步整流管的占空比n小于第二计数器110b的计数值时，第三比较器111b的输出为负。

在本实施例中，第一开关管q1的驱动信号的下降沿触发第一计数器110a的计数值复位，第二开关管q2的驱动信号的下降沿触发第二计数器110b的计数值复位。

全局驱动控制单元43包括：第五与门114a、第六与门114b、第七与门114c、第八与门114d、第九与门121、第二反相器115、第三反相器119以及相位逻辑判断电路117，相位逻辑判断电路117的输入端用于接收电源的电源电压的相位theta103，相位逻辑判断电路117的第一输出端分别与同步整流管逻辑模块112、第八与门114d的第二输入端、第二反相器115的输入端连接，第二反相器115的输出端与第七与门114c的第二输入端连接，第三反相器119的输入端用于接收第一保护信号disable120，第三反相器119的输出端与第九与门121的第一输入端连接，第九与门121的第二输入端与相位逻辑判断电路117的第二输出端连接，第九与门121的输出端分别皆与第五与门114a至第八与门114d的第一输入端连接，第五与门114a的第二输入端与第三与门113a的输出端连接，第五与门114a的输出端用于与第一开关管q1的控制端drv1连接，第六与门114b的第二输入端与第四与门113b的输出端连接，第六与门114b的输出端用于与第二开关管q2的控制端drv2连接,第七与门114c的输出端用于与第三开关管f1的控制端drv3连接,第八与门114d的输出端用于与第四开关管f2的控制端drv4连接。

如图5所示，在一些实施例中，相位逻辑判断电路117包括电源电压相位逻辑判断电路1171与过零点区域检测逻辑电路1172。

其中，电源电压相位逻辑判断电路1171具体用于：当相位角theta处于电源电压的正半周时，第三开关管f1与第四开关管f2的驱动信号drv置1，第三开关管f1的驱动信号禁用，第四开关管f2驱动信号使能；当相位角theta处于电源电压的负半周时，第三开关管f1与第四开关管f2的驱动信号drv置0，第三开关管f1的驱动信号使能，第四开关管f2的驱动信号禁用。

其中，过零点区域检测逻辑电路1172具体用于：当theta处于过零点区域时，全局驱动使能信号enable置0，关断第一开关管q1至第四开关管f2；当theta处于非过零点区域时，全局驱动使能信号enable置1，使能第一开关管q1至第四开关管f2。

进一步，当第一保护信号disable121置1时，关断第一开关管q1至第四开关管f2；当第一保护信号disable121置0时，使能第一开关管q1至第四开关管f2。

下面，为了详细阐述图5所示的驱动电路的工作原理，本发明实施例结合图6与图7，并且配上图8至图10，详细阐述本发明实施例的驱动电路的工作原理。由于上述各个实施例具体阐述了各个逻辑器件的工作原理，因此，本发明实施例主要阐述同步整流管逻辑模块112的工作原理。

请参阅图6，图6是本发明实施例提供一种同步整流管控制单元在电源电压处于正半周时的工作波形示意图。如图6所示，m’(n-1)为第一开关管q1在第n-1开关周期对应的占空比，m’(n)为第一开关管q1在第n开关周期对应的占空比，n(n-1)为同步整流开关管在第n-1开关周期对应的占空比，n(n)为同步整流开关管在第n开关周期对应的占空比，在计数器的波形图内，实线的为第一计数器的计数波形图，虚线的为第二计数器的计数波形图。

如图6所示，同步整流管逻辑模块112的工作原理如下：

在第三开关管f1与第四开关管f2的驱动信号drv等于1的情况下，同步整流管逻辑模块112确定第一开关管q1为同步整流开关管，第二开关管q2为主开关管。此时，在电源正半周内，第三开关管f1关断，第四开关管f2导通(除了过零点区域与死区对应的关断状态)。

当电感电流工作在电流连续工作模式时，同步整流开关管的占空比n(n-1)恒大于一个周期内的第一计数器110a的计数值，第二比较器111a的输出为正，因此，第一开关管q1的使能信号q1_en置1。

总体而言，在a点之前，第一开关管q1的占空比m’(n-1)小于锯齿波，因此，第一开关管q1的驱动波形为高电平，第二开关管q2的驱动波形为低电平。在a点与b点之间，该占空比间隙为死区占空比，此时的第一开关管q1与第二开关管q2均是关断的。在b点之后，c点之前，第一开关管q1的占空比m’(n-1)大于锯齿波，因此，第一开关管q1的驱动波形为低电平，第二开关管q2的驱动波形为高电平。

当电感电流工作在电流断续工作模式下，一个周期内第一计数器110a的计数值大于同步整流管额占空比n，则使第一开关管q1的使能信号q1_en置0。进一步，第一开关管q1的使能信号q1_en在第一开关管q1的驱动原始波形下降沿触发时，复位q1_en为1。进一步，第二开关管q2的使能信号q2_en此时恒为1。

总体而言，原本如果按照电感电流工作在电流连续工作模式下，在d点之前，第一开关管q1的占空比m’(n)小于锯齿波而使第一开关管q1的驱动波形为高电平。但是，由于此时的电感电流工作在电流断续工作模式下，一个周期内第一计数器110a的计数值大于同步整流管额占空比n(n)，于是，e点与f点在第一开关管q1的占空比m’(n)对应的电平信号被切换至低电平，从而关断第一开关管q1，亦即关断同步整流开关管。

请参阅图7，图7是本发明实施例提供一种同步整流管控制单元在电源电压处于负半周时的工作波形示意图。如图7所示，在第三开关管f1与第四开关管f2的驱动信号drv等于0的情况下，同步整流管逻辑模块112确定第二开关管q2为同步整流开关管，第一开关管q1为主开关管。此时，在电源负半周内，第三开关管f1导通(除了过零点区域与死区对应的关断状态)，第四开关管f2关断。

当电感电流工作在电流连续工作模式时，同步整流开关管的占空比n(n-1)恒大于一个周期内的第二计数器110b的计数值，第三比较器111b的输出为正，因此，第二开关管q2的使能信号q2_en置1。

总体而言，在g点之前，第一开关管q1的占空比m’(n-1)小于锯齿波，因此，第一开关管q1的驱动波形为高电平，第二开关管q2的驱动波形为低电平。在g点与h点之间，该占空比间隙为死区占空比，此时的第一开关管q1与第二开关管q2均是关断的。在h点之后，i点之前，第一开关管q1的占空比m’(n-1)大于锯齿波，因此，第一开关管q1的驱动波形为低电平，第二开关管q2的驱动波形为高电平。

当电感电流工作在电流断续工作模式下，一个周期内第二计数器110b的计数值大于同步整流管额占空比n，则使第二开关管q2的使能信号q2_en置0。进一步，第二开关管q2的使能信号q2_en在第二开关管q2的驱动原始波形下降沿触发时，复位q2_en为1。进一步，第一开关管q1的使能信号q1_en此时恒为1。

总体而言，原本如果按照电感电流工作在电流连续工作模式下，在j点与k点之间，第一开关管q1的占空比m’(n)大于锯齿波而使第二开关管q1的驱动波形为高电平。但是，由于此时的电感电流工作在电流断续工作模式下，一个周期内第二计数器110b的计数值大于同步整流管额占空比n(n)，于是，x点与y点在第二开关管q2的占空比m’(n)对应的电平信号被切换至低电平，从而关断第二开关管q2，亦即关断同步整流开关管。

在本发明各个实施例中，在图腾柱无桥电路中，通过根据电源电压、负载电压以及电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，当m+n<1，其确定电感电流进入电流断续模式，并且关断同步整流开关管，从而抑制电感电流在轻载时或网侧电压过零点附近区域的状态下出现的反向电流。

与上述各个实施例不同点在于，当第一开关管q1与第二开关管q2为带有体二极管的mos管时，当通过辅助运算单元判断电感电流进入电流断续工作模式时，在一个开关周期内，其可以在同步整流开关管的占空比n对应的时间段内选择任意时间点关断同步整流开关管。亦即：若电源电压处于正半周，则在同步整流开关管的占空比n对应的时间段内选择任意时间点将第一开关管q1的使能信号q1_en置0；在一个开关周期内，若电源电压处于负半周，则在同步整流开关管的占空比n对应的时间段内选择任意时间点将第二开关管q2的使能信号q2_en置0。

作为本发明实施例的另一方面，本发明实施例提供一种开关控制装置。该开关控制装置作为软件系统，其可以存储在图2与图10所阐述的数字控制器内。该开关控制装置包括若干指令，该若干指令存储于存储器内，处理器可以访问该存储器，调用指令进行执行，以完成图腾柱无桥电路的正常逻辑的控制。

该开关控制装置用于图腾柱无桥电路，图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联；

如图11所示，该开关控制装置50包括获取模块51、计算模块52以及关断模块53。

获取模块51用于获取电源的电源电压、负载单元的负载电压以及电感的电感电流。

计算模块52用于根据电源电压、负载电压以及电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，其中，当所一开关管为主开关管时，第二开关管为同步整流开关管，当第二开关管为主开关管时，第一开关管为同步整流开关管。

关断模块53用于若m+n<1，关断该同步整流开关管。

在本发明各个实施例中，在图腾柱无桥电路中，通过根据电源电压、负载电压以及电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，当m+n<1，其确定电感电流进入电流断续模式，并且关断同步整流开关管，从而抑制电感电流在轻载时或网侧电压过零点附近区域的状态下出现的反向电流。

在一些实施例中，关断模块53具体用于：若m+n<1，在同步整流开关管的占空比n对应的时间段内选择任意时间点关断同步整流开关管；或者，若m+n<1，在同步整流开关管导通占空比n对应的时间段后，关断同步整流开关管。

在一些实施例中，如图12所示，该开关控制装置50还包括:第一控制模块54与第二控制模块55。

第一控制模块54用于若m+n>1,或者,m+n＝1，在电源电压位于正半周时，第二开关管为主开关管并且第二开关管的占空比为m，第一开关管为同步整流开关管并且第一开关管的占空比为1-m，第三开关管关断，第四开关管导通；

第二控制模块55用于若m+n>1,或者,m+n＝1，在电源电压位于负半周时，第一开关管为主开关管并且第一开关管的占空比为m，第二开关管为同步整流开关管并且第二开关管的占空比为1-m，第三开关管导通，第四开关管关断。

在一些实施例中，如图13所示，该开关控制装置50还包括：检测模块56。

检测模块56用于在检测到负载电压大于预设电压保护阈值或者电感电流大于预设电流保护阈值时,关断第一开关管至第四开关管。

由于装置实施例和上述各个实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，装置实施例的内容可以引用上述各个实施例的，在此不赘述。

作为本发明实施例的又另一方面，本发明实施例提供一种开关控制方法，用于图腾柱无桥电路，图腾柱无桥电路包括并联于第一并联连接点和第二并联连接点之间的第一桥臂单元与第二桥臂单元，所述第一桥臂单元包括同向串联的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接点为第一串联连接点，所述第二桥臂单元包括同向串联的第三开关管与第四开关管，所述第三开关管与所述第四开关管之间的连接点为第二串联连接点，所述第一并联连接点与所述第二并联连接点之间还用于并联负载单元，所述第一串联连接点与所述第二串联连接点之间还用于连接电源与电感，所述电源与所述电感串联。

本发明实施例的开关控制方法的功能除了借助上述图11至图13所述的开关控制装置的软件系统来执行，其亦可以借助硬件平台来执行。例如：开关控制方法可以在合适类型具有运算能力的处理器的电子设备中执行，例如：单片机、数字处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)等等。

下述各个实施例的开关控制方法对应的功能是以指令的形式存储在电子设备的存储器上，当要执行下述各个实施例的开关控制方法对应的功能时，电子设备的处理器访问存储器，调取并执行对应的指令，以实现下述各个实施例的开关控制方法对应的功能。

存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如上述实施例中的开关控制装置50对应的程序指令/模块(例如，图11至图13所述的各个模块和单元)，或者下述实施例开关控制方法对应的步骤。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行开关控制装置50的各种功能应用以及数据处理，即实现下述实施例开关控制装置50的各个模块与单元的功能，或者下述实施例开关控制方法对应的步骤的功能。

存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的开关控制方法，例如，执行下述实施例描述的图14至图16所示的各个步骤；也可实现附图11至图13所述的各个模块和单元的功能。

如图14所示，该开关控制方法60包括：

步骤61、获取电源的电源电压、负载单元的负载电压以及电感的电感电流；

步骤62、根据电源电压、负载电压以及电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n。

其中，当第一开关管为主开关管时，第二开关管为同步整流开关管，当第二开关管为主开关管时，第一开关管为同步整流开关管；

步骤63、若m+n<1，关断同步整流开关管。

因此，采用该方法，其能够抑制电感电流在轻载时或网侧电压过零点附近区域的状态下出现的反向电流。

在一些实施例中，步骤63具体包括：

若m+n<1，在同步整流开关管的占空比n对应的时间段内选择任意时间点关断同步整流开关管；

或者，

若m+n<1，在同步整流开关管导通占空比n对应的时间段后，关断同步整流开关管。

在一些实施例中，如图15所示，该开关控制方法60还包括:

步骤64、若m+n>1,或者,m+n＝1，在电源电压位于正半周时，第二开关管为主开关管并且第二开关管的占空比为m，第一开关管为同步整流开关管并且第一开关管的占空比为1-m，第三开关管关断，第四开关管导通；

步骤65、若m+n>1,或者,m+n＝1，在电源电压位于负半周时，第一开关管为主开关管并且第一开关管的占空比为m，第二开关管为同步整流开关管并且第二开关管的占空比为1-m，第三开关管导通，第四开关管关断。

在一些实施例中，如图16所示，该开关控制方法60还包括:

步骤66、在检测到负载电压大于预设电压保护阈值或者电感电流大于预设电流保护阈值时,关断第一开关管至第四开关管。

由于方法实施例和上述各个实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，方法实施例的内容可以引用上述各个实施例的，在此不赘述。

作为本发明实施例的又另一方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使电子设备执行如上任一项所述的开关控制方法，例如执行上述任意方法实施例中的开关控制方法，例如，执行上述任意装置实施例中的开关控制装置。

在本发明各个实施例中，在图腾柱无桥电路中，通过根据电源电压、负载电压以及电感电流，分别计算出主开关管的占空比m与同步整流开关管的占空比n，当m+n<1，其确定电感电流进入电流断续模式，并且关断同步整流开关管，从而抑制电感电流在轻载时或网侧电压过零点附近区域的状态下出现的反向电流。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；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，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。