一种电源电路、控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种电源电路、控制方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.家用电器电源比较常见的是开关电源，而开关电源常用的拓扑是反激电源，一般带载能力在几十瓦，常见结构是功率因数校正后母线取电，通过模拟电源ic和高频变压器的反激拓扑实现低压的多路输出。电流模式控制具有动态响应快、带宽高、补偿设计简单、输入电压抗扰动强和可过流保护等优点，得到了广泛应用。然而电流采样的延迟给电流模式控制带来了困难：一方面，由于每个周期只能采样一次电感电流，所以不能通过电流的实时比较来实现电流控制；而另一方面，占空比不能够随时进行实时进行调整，而导致采样的延迟限制了环路带宽。随着数字电源技术的进步，现代家电控制器电源向数字化、高频化、小型化发展，硬件成本也显著降低，而现有的开关电源中存在着占用面积大、硬件成本高的问题。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种电源电路、控制方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有的开关电源存在的占用面积大、硬件成本高的问题。
4.第一方面，本发明提供了一种电源电路，所述电源电路包括：变压器、负载单元、电源开关管、二极管、电容，所述变压器包括原边电感以及副边电感；所述原边电感分别与所述电源开关管以及所述二极管连接，所述电容分别与所述电源开关管以及所述二极管连接，所述副边电感与所述负载单元连接；其中，所述原边电感、所述电源开关管、所述二极管以及所述电容构成升压型pfc电路。
5.其进一步的技术方案为，所述电源电路还包括前缘调制单元、pid控制器、采集单元、以及比较器；所述前缘调制单元分别与所述电源开关管、所述采集单元以及所述pid控制器连接；所述采集单元分别与所述升压型pfc电路以及所述负载单元连接；所述比较器分别与所述pid控制器以及所述负载单元连接。
6.第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的电源电路的控制方法，所述方法包括：
7.获取所述电源电路的升压型pfc电路的输入电压以及电感电流，获取所述电源电路的变压器的输出电压，以及获取所述负载单元的参考电流；
8.根据所述输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流上升斜率，以及根据所述输出电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流下降斜率；
9.根据所述电流上升斜率、所述电流下降斜率、所述参考电流以及所述电感电流确定所述升压型pfc电路的控制信号的占空比；
10.向所述升压型pfc电路的电源开关管输出所述控制信号。
11.其进一步的技术方案为，所述获取所述负载单元的参考电流，包括：
12.接收pid控制器发送的所述参考电流，其中，所述参考电流由所述pid控制器根据所述输出电压与预设的参考电压之间的电压偏差值计算得到。
13.其进一步的技术方案为，所述根据所述输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流上升斜率，包括：
14.通过公式计算所述电流上升斜率mr；其中，v
in
为所述输入电压，l为所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值。
15.其进一步的技术方案为，所述根据所述输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流下降斜率，包括：
16.通过公式计算所述电流下降斜率mf；其中，v
in
为所述输入电压，vo为所述输出电压；l为所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值。
17.其进一步的技术方案为，所述根据所述电流上升斜率、所述电流下降斜率、所述参考电流以及所述电感电流确定所述升压型pfc电路的控制信号的占空比，包括：
18.根据公式计算所述控制信号在第(k+1)周期内的占空比；其中，i
ref
为所述参考电流；i
p
(k)为所述控制信号在第k周期的电感电流均值，k为整数且大于等于1；t为周期内的时间值；mr为所述电流上升斜率；mf为所述电流下降斜率。
19.第三方面，本发明提供了一种电源电路的控制装置，所述控制装置包括用于执行如第二方面所述的方法的单元。
20.第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如第二方面所述方法的步骤。
21.第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时可实现如第二方面所述的方法。
22.有益效果：
23.本发明提供的电源电路包括：变压器、负载单元、电源开关管、二极管、电容，所述变压器包括原边电感以及副边电感；所述原边电感分别与所述电源开关管以及所述二极管连接，所述电容分别与所述电源开关管以及所述二极管连接，所述副边电感与所述负载单元连接；其中，所述原边电感、所述电源开关管、所述二极管以及所述电容构成升压型pfc电路。与现有的开关电源相比，本发明省去了现有的开关电源中的模拟电源ic和需要额外增加的pfc电感，通过将变压器的原边电感直接作为pfc电感，有效减少占用面积大以及降低成本。
附图说明
24.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，展示出了符合本发明的实
施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例1提供的一种电源电路的电路图；
27.图2为本发明实施例2提供的电源电路的控制方法的流程示意图；
28.图3为本发明提供的一种前缘调制预测均值电流模式控制的电感电流波形图；
29.图4为现有技术中开关电源的电路图；
30.图5为本发明实施例3提供的一种电源电路的控制装置的结构图；
31.图6为发明提供的电子设备的框图。
32.附图标记
33.前缘调制单元10、采集单元20、pid控制器30、比较器40、升压型pfc电路50、负载单元60。
具体实施方式
34.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。
35.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
36.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
37.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
38.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0039]
实施例1
[0040]
参见图1，本发明实施例1提供了一种电源电路，实施例1提供的电源电路包括变压器t1、负载单元60、电源开关管q、二极管d、电容c，所述变压器t1包括原边电感以及副边电感；所述原边电感分别与所述电源开关管q以及所述二极管d连接，所述电容c分别与所述电源开关管q以及所述二极管d连接，所述副边电感与所述负载单元60连接；其中，所述原边电感、所述电源开关管q、所述二极管d以及所述电容c构成升压型pfc电路。
[0041]
在本发明实施例中，升压型pfc(功率因数校正)电路50也可以称为boost型pfc(功率因数校正)电路。变压器t1可具体为高频变压器。负载单元60包括多个负载。通过将变压
器t1的原边电感作为升压型pfc电路的pfc电感，将现有技术中需要额外增加的pfc电感与高频变压器合二为一，省去了现有开关电源中的模拟电源ic和需要额外增加的pfc电感，有效降低了控制器成本，减小了pcb面积。
[0042]
在本发明实施例中，升压型pfc(功率因数校正)电路50中的电源开关管q与现有技术中反激电源中的开关管的作用相同。
[0043]
如图1所示，是在图4拓扑基础上改进的一种电源电路，所述电源电路包括3路输出；所述电源电路的变压器t1的原边电感、电源开关管q、二极管d、电容c组成的boost型pfc电路；所述电源电路的高频变压器t1、二极管d1、d2、d3及其滤波电容c1、c2、c3组成反激电源电路。
[0044]
图4为家电中最常见的拓扑电路，所述拓扑电路包括3路输出，所述拓扑电路的电感l、电源开关管q2、二极管d9、电容c组成的boost(升压)型pfc电路，所述拓扑电路的高频变压器t2、电源开关管q1(有些模拟电源ic内置了开关管)、二极管d4、d5、d6及其滤波电容c4、c5、c6组成的反激电源电路。
[0045]
在如图4所示的拓扑电路中，高频变压器t2的原边电感从pfc后的母线取电，开关管q1将直流电变换为交流电，能量通过高频变压器传输到副边，通过变压器t2原副边匝比设置和模拟ic控制开关管q1，将高压电变换为低压电，再通过整流二极管和滤波电容，得到需要的低压直流电供给各路负载。
[0046]
而在本发明实施例的电源电路中，将现有技术中需要额外增加的pfc电感与高频变压器合二为一，省去了现有开关电源中的模拟电源ic和需要额外增加的pfc电感，有效降低了控制器成本，减小了pcb面积。因此，通过本发明实施例提供的电源电路可有效解决现有开关电源中存在的占用面积大、制造成本高的问题。
[0047]
进一步的，所述电源电路还包括前缘调制单元10、pid控制器30、采集单元20、以及比较器40；所述前缘调制单元分别与所述升压型pfc(功率因数校正)电路50的电源开关管q、所述采集单元20以及所述pid控制器30连接；所述采集单元20分别与所述升压型pfc(功率因数校正)电路50以及所述负载单元60连接；所述比较器40分别与所述pid控制器30以及所述负载单元60连接。
[0048]
在本发明实施例中，前缘调制单元10可具体为前缘调制预测均值电流模式控制器，采集单元20可具体为电流电压采集器，通过前缘调制预测均值电流模式控制器接收由电流电压采集器所采样得到的升压型pfc(功率因数校正)电路50的输入电压以及电感电流，和采样得到的负载单元60的输出电压，以及pid控制器30所发送的参考电流；进而由前缘调制预测均值电流模式控制器输出一个控制信号，对升压型pfc(功率因数校正)电路50中的电源开关管q进行控制，以使得开关控制量在一个开关周期内准确跟随控制基准，达到输出电压稳定。
[0049]
实施例2
[0050]
参见图2，并结合图1，本发明实施例2提供了一种如实施例1中所述的电源电路的控制方法，实施例2的控制方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：s101-s104。
[0051]
s101，获取所述电源电路的升压型pfc电路的输入电压以及电感电流，获取所述电源电路的变压器t1的输出电压，以及获取所述负载单元的参考电流。
[0052]
具体而言，通过前缘调制单元，也就是前缘调制预测均值电流模式控制器获取电
源电路的升压型pfc(功率因数校正)电路的输入电压以及电感电流，获取所述电源电路的变压器的输出电压，以及获取所述负载单元的参考电流，其中，输入电压以及所述电感电流是由所述采集单元也就是电流电压采集器从所述升压型pfc(功率因数校正)电路中采集得到的，所述输出电压电流是由所述采集单元也就是电流电压采集器从所述负载单元中采集的。参考电流由所述pid控制器发送的，通过以上所述的输入电压、输出电压、电感电流以及参考电流可以确定所述升压型pfc(功率因数校正)电路的控制信号的占空比。本实施例的控制方法采用的双环控制，外环为电压控制，内环电流控制。电压环采用pid控制；电流环采用前缘调制预测均值电流模式控制。
[0053]
在一实施例中，所述获取所述负载单元的参考电流，包括：
[0054]
接收pid控制器发送的所述参考电流，其中，所述参考电流由所述pid控制器根据所述输出电压与预设的参考电压之间的电压偏差值计算得到。
[0055]
具体而言，比较器根据输出电压与预设的参考电压之间的电压偏差生成电压偏差值，pid控制器根据所述电压偏差值以及pid控制器内的传递函数进行pid计算得出参考电流i
ref
，其中，pid控制的传递函数为：g＝k
p
+kis-1
+kds，其中，k
p
、ki、kd分别为pid控制器的比例、积分和微分系数，g指的是传递函数，s指的是拉普拉斯算子。
[0056]
s102，根据所述输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流上升斜率，以及根据所述输出电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流下降斜率。
[0057]
具体而言，通过输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc(功率因数校正)电路的电流上升斜率，以及根据所述输出电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc(功率因数校正)电路的电流下降斜率。
[0058]
在一实施例中，所述根据所述输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流上升斜率，包括：
[0059]
通过公式计算所述电流上升斜率mr；其中，v
in
为所述输入电压，l为所述电源电路的变压器t1的原边电感的电感感值。
[0060]
具体而言，可通过采样得到的输入电压v
in
除以变压器t1的原边电感的电感感值l得出电流上升斜率mr。
[0061]
在一实施例中，所述根据所述输入电压以及所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值确定所述升压型pfc电路的电流下降斜率，包括：
[0062]
通过公式计算所述电流下降斜率mf；其中，v
in
为所述输入电压，vo为所述输出电压；l为所述电源电路的变压器的原边电感的电感感值。
[0063]
具体而言，可以通过采样得到的输入电压v
in
与输出电压vo之间的差值除以变压器t1的原边电感的电感感值l得出电流下降斜率mf。
[0064]
s103，根据所述电流上升斜率、所述电流下降斜率、所述参考电流以及所述电感电流确定所述升压型pfc电路的控制信号的占空比。
[0065]
具体而言，通过根据所述电流上升斜率、所述电流下降斜率、所述参考电流以及所
述电感电流确定所述升压型pfc(功率因数校正)电路的控制信号的占空比，进而可通过得到的控制信号的占空比对升压型pfc(功率因数校正)电路的电源开关管进行控制，以使得输出电压稳定。
[0066]
在一实施例中，所述根据所述电流上升斜率、所述电流下降斜率、所述参考电流以及所述电感电流确定所述升压型pfc电路的控制信号的占空比，包括：
[0067]
根据公式计算所述控制信号在第(k+1)周期内的占空比；其中，i
ref
为所述参考电流；i
p
(k)为所述控制信号在第k周期的电感电流均值，所述控制信号在第一周期内的占空比可以为预设的值，k为整数且大于等于1；t为周期内的时间值；mr为所述电流上升斜率；mf为所述电流下降斜率。
[0068]
具体而言，如图3所示，图3是前缘调制预测均值电流模式控制的电感电流波形，采样点设置在周期起始点，此时得电感电流为峰值，其中i
p
是电感电流均值，i
av
是电感电流均值，i
p,ss
是稳态峰值电感电流。在i
p
(k)已知的条件下，需要在第k周期计算下个周期的占空比d(k+1)，将第k+1个周期的电感电流均值i
av
(k+1)调整到参考电流i
ref
，根据图3可得：
[0069][0070]
设i
av
(k+1)＝i
ref
，则前缘调制预测均值电流模式控制器所计算得出的占空比如下式所示：
[0071][0072]
在i
p
(k)已知的条件下，需要在第k周期计算下个周期的占空比d(k+1)，将第k+1个周期的电感电流均值i
av
(k+1)调整到参考电流i
ref
。根据图3得到电感电流均值i
av
(k+1)，如式3所示，然后再假设第k+1个周期i
av
(k+1)调整到i
ref
，i
av
(k+1)＝i
ref
与根据图3所得的公式联立可得占空比d(k+1)。
[0073]
s104，向所述升压型pfc电路的电源开关管输出所述控制信号。
[0074]
具体而言，通过上述步骤中生成的信号d(k+1)经过pwm调制后生成周期性脉冲信号，然后将该周期性脉冲信号作为控制信号输入到升压型pfc(功率因数校正)电路的电源开关管中，将输出电压vo的测量值和参考电压v
ref
的设定值进行比较，不断调节电源开关管的占空比，使开关控制量在一个开关周期内的设定值进行比较，不断调节开关器件占空比，使开关控制量在一个开关周期内准确跟随控制基准，达到输出电压稳定。进而可以使得占空比可以实时进行调整，进而解决采样的延迟带来的环路带宽的限制问题，同时保证了输出电压的稳定。
[0075]
实施例3
[0076]
参见图5，本发明实施例3提供了一种电源电路的控制装置400，所述控制装置400包括用于执行实施例2所述的方法的单元，该电源电路的控制装置400包括：获取单元401、第一确定单元402、第二确定单元403、输出单元404。
[0077]
获取单元401，用于获取所述电源电路的升压型pfc电路的输入电压以及电感电流，获取所述电源电路的变压器t1的输出电压，以及获取所述负载单元的参考电流。
signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0095]
本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该计算机程序被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。
[0096]
因此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述任意一个方法实施例提供的方法的步骤。
[0097]
所述存储介质为实体的、非瞬时性的存储介质，例如可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的实体存储介质。所述计算机可读存储介质可以是非易失性，也可以是易失性。
[0098]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0099]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0100]
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0101]
该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
[0102]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0103]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0104]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替
换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。