电流谐振电路的控制装置、方法以及电流谐振电源

摘要

本申请实施例提供一种电流谐振电路的控制装置、方法以及电流谐振电源。所述控制方法包括：对电流谐振电路的谐振电流或开关元件的开关电流进行积分以生成积分信号；生成所述电流谐振电路的反馈信号；比较所述积分信号和所述反馈信号，根据比较结果生成测量信号；对所述测量信号进行数字滤波处理；以及根据数字滤波后的测量信号生成对所述开关元件进行控制的脉冲宽度调制信号。由此，不仅能够降低噪声的影响而提高控制的稳定性，而且电路结构简单而能够消减成本，并且能够实现电源系统的小型化。

说明书

技术领域

本申请实施例涉及电路技术领域。

背景技术

目前，需要实现电源系统的小型化和低成本。作为稳定地输出电流或电压的方案，具有电流谐振电路的直流谐振电源或者直流转直流(DC/DC，Direct Current/DirectCurrent)电路被广泛使用。例如，具有电流谐振电路的DC/DC转换器能够产生低开关损耗的高效电源。

但是，在这样的装置中，流过开关元件的电流与导通时间不成比例，必须通过在一定时间对信号进行平滑，并且通过对电压与目标值进行比较来判断发送功率。因此，会出现控制响应延迟的问题，并且需要增大输出或输入的平滑用电容器的容量。为了解决该问题，目前已经出现对流过开关元件的电流进行积分，并根据积分结果推测以控制输出功率的方案。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

但是，发明人发现：如果仅仅根据积分结果来控制输出功率，则输出电压会由于噪声的影响而大幅变动，影响电源系统中控制的稳定性。

针对上述问题的至少之一，本申请实施例提供一种电流谐振电路的控制装置、方法以及电路谐振电源。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种电流谐振电路的控制装置，其对电流谐振电路的开关元件进行控制，所述控制装置包括：

积分电路，其对所述电流谐振电路的谐振电流或所述开关元件的开关电流进行积分以生成积分信号；

反馈电路，其生成所述电流谐振电路的反馈信号；

比较电路，其比较所述积分信号和所述反馈信号，根据比较结果生成测量信号；

第一数字滤波电路，其对所述测量信号进行数字滤波处理；以及

PWM电路，其根据数字滤波后的测量信号生成对所述开关元件进行控制的脉冲宽度调制信号。

根据本申请实施例的另一个方面，提供一种电流谐振电路的控制方法，其对电流谐振电路的开关元件进行控制，所述控制方法包括：

对所述电流谐振电路的谐振电流或所述开关元件的开关电流进行积分以生成积分信号；

生成所述电流谐振电路的反馈信号；

比较所述积分信号和所述反馈信号，根据比较结果生成测量信号；

对所述测量信号进行数字滤波处理；以及

根据数字滤波后的测量信号生成对所述开关元件进行控制的脉冲宽度调制信号。

根据本申请实施例的又一个方面，提供一种电流谐振电源，包括：

电流谐振电路，其包括开关元件以及谐振电容，将输入电流转换为输出电流；

负载，其使用所述输出电流；以及

如上所述的控制装置，其对所述电流谐振电路的所述开关元件进行控制。

本申请实施例的有益效果之一在于：将积分信号和反馈信号进行比较并生成测量信号，对所述测量信号进行数字滤波处理，以及根据数字滤波后的测量信号生成对开关元件进行控制的脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)信号。由此，不仅能够降低噪声的影响而提高控制的稳定性，而且电路结构简单而能够消减成本，并且能够实现电源系统的小型化。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

图1是本申请实施例的电流谐振电源的一示意图；

图2是不进行第一数字滤波处理的各信号的一示例图；

图3是本申请实施例的去除噪声后的部分信号的一示例图；

图4是发送和接收反馈的部分元件的一示意图；

图5是不进行第二数字滤波处理的反馈信号和负载电流之间关系的一示例图；

图6是不进行第二数字滤波处理的无负载时部分信号的一示例图；

图7是本申请实施例的反馈信号和负载电流之间关系的一示例图；

图8是本申请实施例的无负载时部分信号的一示例图；

图9是本申请实施例的电流谐振电源的另一示意图；

图10是本申请实施例的电流谐振电路的控制方法的一示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

在本申请实施例中，电流谐振电源可以是具有电流谐振电路的DC/DC转换器，可以采用半桥方式，也可以采用全桥方式。但本申请不限于此，也可以是具有电流谐振电路的其他设备。

第一方面的实施例

本申请实施例提供一种电流谐振电路的控制装置，其对电流谐振电路的开关元件进行控制。本申请实施例还提供一种电流谐振电源，其包括：电流谐振电路、负载以及控制装置。

图1是本申请实施例的电流谐振电源的一示意图，以半桥电路为例进行说明。

如图1所示，电流谐振电源100包括：电流谐振电路101，其包括开关元件1011(Q1和Q2)以及谐振电容1012(C2)，将输入电压Vin转换为输出电压Vout(或者也可以是将输入电流Iin转换为输出电流Iout)；负载102，其使用所述输出电压Vout(或输出电流Iout)；以及控制装置103，其对电流谐振电路101的开关元件1011进行控制。

如图1所示，控制装置103包括：

积分电路1031，其对电流谐振电路101的谐振电流或开关元件1011的开关电流进行积分以生成积分信号(以下以Vi表示)；

反馈电路1032，其生成电流谐振电路101的反馈信号(以下以Vfb表示)；

比较电路1033，其比较积分信号Vi和反馈信号Vfb，根据比较结果生成测量信号；

第一数字滤波电路1034，其对所述测量信号进行数字滤波处理；以及

PWM电路1035，其根据数字滤波后的测量信号生成对开关元件1011进行控制的PWM信号。

例如，该PWM信号可以包括开关元件1011(Q1和Q2)的导通(ON)宽度控制信号，并且可以针对开关元件交替地输出导通(ON)信号。此外，输出频率可以不固定地变化。关于PWM信号的具体内容，还可以参考相关技术。

值得注意的是，以上图1仅对本申请实施例的电流谐振电源进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图1的记载。

如图1所示，电流谐振电源100还可以包括变压器T1；开关元件Q1和Q2等配置在变压器T1的一次侧，负载102配置在变压器T1的二次侧。在一次侧还配置有电容C1、C4、C5以及开关元件Q3(如后述)等，在二次侧还配置有二极管D2、D3和电容C3等；此外还具有发送和接收反馈(F/B)的光耦合器等电子元件。关于这些元件和部件的具体内容，可以参考相关技术。

在一些实施例中，如图1所示，控制装置103还包括：

第一计时器1036，其在一个周期内累计积分信号超过反馈信号的时间或者反馈信号超过积分信号的时间。

在一些实施例中，第一数字滤波电路1034基于设定的时间和/或第一计时器1036的时间，对所述测量信号进行如下至少之一的数字处理：平均、忽略异常值、估计；但本申请不限于此。

例如，可以将多个时间段的多个信号值进行平均，作为一个周期的测量信号；再例如，可以将一个周期内明显异常的信号值去除；再例如可以将多个时间段的多个信号值进行重构以估计出一个周期的测量信号。

以下对不进行第一数字滤波和进行第一数字滤波的情况进行比较说明。

图2是不进行第一数字滤波处理的各信号的一示例图。如图2所示，流过谐振电容的电流I(C2)、流过开关元件的电流Id(Q1)和Id(Q2)可能由于噪声而越来越失真，相应地，开关元件的电压Vgs(Q1)、Vgs(Q2)和Vgs(Q3)也可能收到影响，从而导致输出电压失真，出现控制不稳定的情况。

图3是本申请实施例的去除噪声后的部分信号的一示例图。如图3所示，如果积分信号Vi出现噪声，则会影响到例如Vgs(Q2)的波形(如实线所示)，从而影响输出电压Vout的波形(如实线所示)，导致控制出现不稳定。

如图3所示，本申请实施例使用第一数字滤波电路1034对测量信号进行数字处理，则能够减小甚至消除积分信号Vi中噪声的影响，不会影响到例如Vgs(Q2)的波形(如虚线所示)，从而不会影响输出电压Vout的波形(如虚线所示)，能够保持控制的稳定。

值得注意的是，图1以第一数字滤波电路1034和PWM电路1035为两个独立的部件为例进行了说明，但本申请不限于此，例如也可以将第一数字滤波电路1034的数字处理功能集成或者包含到PWM电路1035中。

以上对于第一数字滤波电路的数字处理进行了示意性说明。以下再对反馈信号的数字处理进行说明。

图4是发送和接收反馈(F/B)的部分元件的一示意图，其中根据二次侧的负载电流Ib，一次侧能够获得反馈信号Vfb。关于光耦合器PC1等元件的具体内容，可以参考相关技术。

图5是不进行第二数字滤波处理的反馈信号Vfb和负载电流Ib之间关系的一示例图。如图5所示，Vfb和Ib大致可以呈线性关系(例如如图5所示的直线501)。但是，如图5所示，在光耦合器等电子元件出现饱和的影响下，在无负载时Vfb也不会下降到0，而是仍然存在饱和电压Vpc。

图6是不进行第二数字滤波处理的无负载时部分信号的一示例图。如图6所示，由于受到饱和电压Vpc的影响，即使在无负载的情况下，Vgs(Q2)的波形仍然呈一定的宽度W，这样无负载时的导通时间不能充分地缩短，导致可能增加损耗。

此外，如图5所示，直线501的斜率较小，在负载变化(例如在轻负载和重负载之间变化)时，Vfb的变化量较小，即动态调整范围较窄，从而使得控制增益难以调整。并且，Vfb容易受噪声的影响。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，反馈电路1032包括：

模数转换器(A/D)，其将接收到的所述反馈信号从模拟信号转换为数字信号；

第二数字滤波电路1037，其对模数转换后的反馈信号进行数字滤波处理；以及

数模转换器(D/A)，其将数字滤波后的反馈信号从数字信号转换为模拟信号。

在一些实施例中，第二数字滤波电路1037对所述反馈信号进行使得动态调整范围增大和/或无负载时的饱和电压减小的数字处理。

例如，第二数字滤波电路1037进行如下的数字处理：

Vfb_2＝A×(Vfb_1-Vpc)； (1)

其中，Vfb_1为所述数字处理前的反馈电压，Vfb_2为所述数字处理后的反馈电压，A为增益调整的常数，Vpc为由于电子元件饱和而导致的无负载时的饱和电压。

图7是本申请实施例的反馈信号Vfb和负载电流Ib之间关系的一示例图。如图7所示，通过第二数字滤波电路1037的数字处理，能够增大直线701的斜率，在负载变化(例如在轻负载和重负载之间变化)时，Vfb的变化量较大，即动态调整范围较宽，从而使得控制增益容易调整。并且，能够降低或去除Vfb受噪声的影响。

此外，如图7所示，通过第二数字滤波电路1037的数字处理，能够去除饱和电压Vpc的影响，即使光耦合器等电子元件出现饱和，在无负载时反馈电压Vfb也能够下降到0。

图8是本申请实施例的无负载时部分信号的一示例图。如图8所示，由于去除了饱和电压Vpc的影响，在无负载的情况下，Vgs(Q2)的波形不会呈一定的宽度(例如呈图8所示的直线)，这样无负载时的导通时间能够被充分地缩短，从而能够减小损耗。

值得注意的是，以上仅以公式(1)为例对本申请进行了说明，但本申请不限于此，还可以对公式(1)进行适当地变型。例如可以仅使得动态调整范围增大，或者仅使得无负载时的饱和电压减小，等等。

此外，本申请实施例通过数字滤波(第一数字滤波电路和/或第二数字滤波电路的数字处理)，能够以简单的电路进行准确的控制，例如能够准确地控制流过D2和D3的电流。在负载的阻抗发生变化时，与输出的平滑用电容器的两端电压的变化相比，流过D2和D3的电流的变化较大，因此，相对于仅通过反馈信号控制的方案，本申请实施例的响应增快。进而，进行基于数字电路的数字处理，能够实现控制的稳定性并削减成本。

在一些实施例中，积分电路1031包括：

积分电容(C5)，其对电流谐振电路101的谐振电流或开关元件1011的开关电流进行积分；以及

积分开关(Q3)，其对积分电容(C5)进行开关控制。

如图1所示，电容C4可以对流过电容C2的电流进行一定比例的分流，并通过积分电容C5进行积分。本申请实施例中进行积分的电流不限于图1所示的情况，可以是与流过电流谐振电路101的谐振电流成比例的电流，也可以是与流过开关元件1011的开关电流成比例的电流，关于积分的内容还可以参考相关技术。

在一些实施例中，如图1所示，控制装置103还包括：

第二计时器1038，其根据数字滤波后的测量信号以及PWM电路1035的同步信号，生成对积分开关(Q3)进行控制的复位信号。

由此，可以以简单的结构产生积分信号Vi，并提高积分信号的准确性和稳定性。

以上以半桥电路为例进行了说明，但本申请不限于此。图9是本申请实施例的电流谐振电源的一示意图，以全桥电路为例进行说明。

如图9所示，电流谐振电源900包括：电流谐振电路901，其包括开关元件9011(Q1、Q2、Q4和Q5)以及谐振电容9012(C2)，将输入电压Vin转换为输出电压Vout(或者也可以是将输入电流Iin转换为输出电流Iout)；负载902，其使用所述输出电压Vout；以及控制装置903，其对电流谐振电路901的开关元件9011进行控制。

值得注意的是，以上图9仅对本申请实施例的电流谐振电源进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图9的记载。

如图9所示，电流谐振电源900还可以包括变压器T1；开关元件Q1、Q2、Q4和Q5等配置在变压器T1的一次侧，负载902配置在变压器T1的二次侧。在一次侧还配置有电容C1、C5以及开关元件Q3等，在二次侧还配置有二极管D2、D3和电容C3等；此外还具有发送和接收反馈(F/B)的光耦合器等电子元件，关于这些元件和部件的具体内容，可以参考相关技术。此外，图9与图1相同或相应的部件如前所述，此处省略说明。

以上各个实施例仅对本申请实施例进行了示例性说明，但本申请不限于此，还可以在以上各个实施例的基础上进行适当的变型。例如，可以单独使用上述各个实施例，也可以将以上各个实施例中的一种或多种结合起来。

由上述实施例可知，将积分信号和反馈信号进行比较并生成测量信号，对所述测量信号进行数字滤波处理，以及根据数字滤波后的测量信号生成对开关元件进行控制的PWM信号。由此，不仅能够降低噪声的影响而提高控制的稳定性，而且电路结构简单而能够消减成本，并且能够实现电源系统的小型化。

第二方面的实施例

本申请实施例还提供一种电流谐振电路的控制方法，其对电流谐振电路的开关元件进行控制。由于第一方面实施例已经对电流谐振电路进行了说明，其内容被包含于此，相同的内容在此不再赘述。

图10是本申请实施例的电流谐振电路的控制方法的一示意图，如图10所示，该方法包括：

1001，对电流谐振电路的谐振电流或开关元件的开关电流进行积分以生成积分信号；

1002，生成所述电流谐振电路的反馈信号；

1003，比较所述积分信号和所述反馈信号，根据比较结果生成测量信号；

1004，对所述测量信号进行数字滤波处理；以及

1005，根据数字滤波后的测量信号生成对所述开关元件进行控制的PWM信号。

值得注意的是，以上图10仅对本申请实施例进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个操作之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些操作，或者减少其中的某些操作。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图10的记载。

本申请以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本申请涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本申请还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

结合本申请实施例描述的方法/装置可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图中所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(FPGA)将这些软件模块固化而实现。

软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(如移动终端)采用的是较大容量的MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置中。

针对附图中描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。针对附图描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，还可以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、与DSP通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。