一种DC-DC电压变换装置、供电设备和控制方法制造方法及图纸

一种DC

【技术实现步骤摘要】
一种DC
‑
DC电压变换装置、供电设备和控制方法


[0001]本申请涉及电路领域，并且更具体地，涉及DC
‑
DC电压变换装置、供电设备和控制方法。

技术介绍

[0002]在电源领域，例如个人计算机(personal computer,PC)机电源，通信电源，工业电源等领域均会用到开关变换器，例如直流
‑
直流(direct current to direct current,DC
‑
DC)电压变换器。为提高开关变换器的效率，需要实现器件的软开关。其中，谐振型软开关拓扑通过谐振元件使电流滞后电压实现软开关控制。例如，谐振型软开关拓扑通常先将直流输入经过斩波得到高频方波，然后经过谐振腔以及变压器实现调压以及软开关实现，最后通过整流滤波得到需要的直流输出。
[0003]其中，谐振开关电路通常采用脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)控制， PFM控制通常采用电压控制模式。在一个周期内，通过调节开关频率fs改变谐振腔的输入输出电压增益，实现对输出电压的调节。PFM的控制通过采样输出电压反馈进行调节。若输出电压小于参考电压时，则降低开关频率fs以提高电压增益；若输出电压大于参考电压，则提高开关频fs。当开关频率达到最大频率限制时，则谐振电路进入轻载(burst)模式。在burst模式下，电路可以每工作一段时间，就停止一段时间，以减少输出功率。
[0004]在PFM控制方式下，谐振开关电路存在从轻载模式到重载模式之间的动态响应慢的问题，并且进入轻载模式的切换点是根据开关频率fs确定，而不是根据负载确定，因此，谐振元件参数的波动会导致进入轻载模式的负载点发生明显变化，导致在轻载模式切换时对负载点的控制不准确。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种DC
‑
DC电压变换装置、供电设备和控制方法，能够提高DC
‑
DC电压变换装置的动态响应速度，以及更精确的配置轻载模式和重载模式转换的负载点，提高了 DC
‑
DC电压变换装置的控制效率。
[0006]第一方面，提供了一种DC
‑
DC电压变换装置，包括：谐振变换单元，包括高频斩波电路、谐振腔、变压器和整流滤波网络，所述高频斩波电路包括开关S1和S2；控制器，用于通过控制所述开关S1和S2的通断，将输入所述高频斩波电路的直流电压V
in
转换为高频方波，所述谐振腔和所述变压器用于接收所述高频方波，并将电能从所述变压器的初级侧耦合至次级侧，所述整流滤波网络用于将耦合至所述变压器的次级侧的交流电压转换为直流电压，并作为输出电压V
out
；谐振信号采样单元，用于采样所述变压器初级侧的谐振电压v
cr
，并输出采样参考电压v
sns
，所述采样参考电压v
sns
用于反映变压器初级侧的谐振电压v
cr
和谐振电流i
cr
的变化；输出电压采样单元，用于采样谐振变换单元的输出电压 V
out
,并输出反馈电压V
fb
；所述控制器还用于：获取所述采样参考电压v
sns
和所述反馈电压V
fb
；根据所述反馈电压V
fb
得到时间长度参数t
lp
；输出用于控制所述开关S1和所述开关S2通断的开关控制信号，所
述开关控制信号是根据所述时间长度参数t
lp
以及所述采样参考电压v
sns
确定的。
[0007]本方案引入谐振电流i
cr
和谐振电压v
cr
的综合采样电路，即采样参考电压v
sns
可以同时反映谐振电压v
cr
和谐振电流i
cr
的变化，因此通过利用采样参考电压v
sns
和时间长度参数t
lp
控制DC
‑
DC电压变换装置中的开关的通断，能够实现快速的环路控制，从而得到更快的动态响应速度。另外，通过调整谐振信号采样单元中的阻容参数，还可以配置空载满载的过零点时间，从而实现对空载满载的负载点的控制点准确配置，更容易地实现轻载模式进入退出点的调节，从而提高了控制效率。
[0008]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述控制器具体用于：在所述参考电压 v
sns
从负值过零的第一时刻t1，开始第一计时；在所述第一计时达到所述时间长度参数t
lp
的第二时刻t2之后，控制所述开关S1处于关断状态，然后控制所述开关S2处于导通状态；在所述参考电压v
sns
从正值过零的第三时刻t3之后，开始第二计时；在所述第二计时达到所述时间长度参数t
lp
的第四时刻t4之后，控制所述开关S2处于关断状态，然后控制所述开关S1处于导通状态。
[0009]采样参考电压v
sns
可以同时反映谐振电压v
cr
和谐振电流i
cr
的变化，在开关S1和S2 的一个时钟周期内，通过监测采样参考电压v
sns
的过零点时间，并利用时间长度参数t
lp
控制采样参考电压v
sns
过零点到开关关断的时间，能够实现快速的环路控制，从而得到更快的动态响应速度。
[0010]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述控制器具体用于：对所述反馈电压 V
fb
进行计算处理，得到比例系数k
lp
；根据公式得到所述时间长度参数t
lp
，其中，表示所述开关S1或所述开关S2的最近N个开关周期的平均周期，N为大于1 的整数。
[0011]因而，通过计算前N个周期的开关S1(或开关S2)的平均周期使得这样，t
lp
的计算还与前N个周期相关，放缓了t
lp
的变化，尽管V
fb
采样信号变化较快，也能够使得环路更加稳定，从而优化了DC
‑
DC电压变换装置的工作性能。
[0012]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述时间长度参数t
lp
符合以下条件中的至少一项：所述时间长度参数t
lp
与输出电压V
out
的存在负相关性；所述时间长度参数t
lp
与负载电流的大小存在负相关性。
[0013]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述谐振信号采样单元包括：第一采样电容C
S1
、第二采样电容C
S2
、采样电阻Rs，所述第一采样电容C
S1
的第一端用于接收所述变压器初级侧的谐振电压V
cr
，所述第一采样电容C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流
‑
直流DC
‑
DC电压变换装置，其特征在于，包括：谐振变换单元，包括高频斩波电路、谐振腔、变压器和整流滤波网络，所述高频斩波电路包括开关S1和S2；控制器，用于通过控制所述开关S1和S2的通断，将输入所述高频斩波电路的直流电压V
in
转换为高频方波，所述谐振腔和所述变压器用于接收所述高频方波，并将电能从所述变压器的初级侧耦合至次级侧，所述整流滤波网络用于将耦合至所述变压器的次级侧的交流电压转换为直流电压，并作为输出电压V
out
；谐振信号采样单元，用于采样所述变压器初级侧的谐振电压v
cr
，并输出采样参考电压v
sns
，所述采样参考电压v
sns
用于反映变压器初级侧的谐振电压v
cr
和谐振电流i
cr
的变化；输出电压采样单元，用于采样谐振变换单元的输出电压V
out
，并输出反馈电压V
fb
；所述控制器还用于：获取所述采样参考电压v
sns
和所述反馈电压V
fb
；根据所述反馈电压V
fb
得到时间长度参数t
lp
；输出用于控制所述开关S1和所述开关S2通断的开关控制信号，所述开关控制信号是根据所述时间长度参数t
lp
以及所述采样参考电压v
sns
确定的。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器具体用于：在所述参考电压v
sns
从负值过零的第一时刻t1，开始第一计时；在所述第一计时达到所述时间长度参数t
lp
的第二时刻t2之后，控制所述开关S1处于关断状态，然后控制所述开关S2处于导通状态；在所述参考电压v
sns
从正值过零的第三时刻t3之后，开始第二计时；在所述第二计时达到所述时间长度参数t
lp
的第四时刻t4之后，控制所述开关S2处于关断状态，然后控制所述开关S1处于导通状态。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制器具体用于：对所述反馈电压V
fb
进行计算处理，得到比例系数k
lp
；根据公式得到所述时间长度参数t
lp
，其中，表示所述开关S1或所述开关S2的最近N个开关周期的平均周期，N为大于1的整数。4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述时间长度参数t
lp
符合以下条件中的至少一项：所述时间长度参数t
lp
与输出电压V
out
的存在负相关性；所述时间长度参数t
lp
与负载电流的大小存在负相关性。5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述谐振信号采样单元包括：第一采样电容C
S1
、第二采样电容C
S2
、采样电阻Rs，所述第一采样电容C
S1
的第一端用于接收所述变压器初级侧的谐振电压V
cr
，所述第一采样电容C
S1
的第二端用于输出采样参考电压v
sns
，所述第一采样电容C
S1
的第二端与地之间并联有所述采样电阻Rs和所述第二采样电容C
S2
。6.一种直流
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直流DC
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DC电压变换装置的控制方法，其特征在于，所述DC
‑
DC电压变换装置包括：谐振变换单元，包括高频斩波电路、谐振腔、变压器和整流滤波网络，所述高频斩波电路包括开关S1和S2；控制器，用于通过控制所述开关S1和S2的通断，将输入所述高频斩波
电路的直流电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，刘源俊，胡志祥，王帅兵，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：