阅读说明：本技术 一种推挽软开关电路谐振频率调整方法和系统 (One kind recommending soft switch circuit method for adjusting resonance frequency and system ) 是由 赵鹏 贾正胜 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电子电路技术领域,具体涉及一种推挽软开关电路谐振频率调整方法和系统,该推挽电路包括第一开关管和第二开关管,其中调整方法包括：实时检测所述电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流；根据关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率,这样通过不断获取关断电流实现闭环调节,使得关断电流稳定在电路的最小关断电流,或者使得关断电流在电路的最小关断电流附近浮动,减小第一开关管和第二开关管上的电能损耗,节约了电能。(The present invention relates to electronic circuit technology fields, soft switch circuit method for adjusting resonance frequency and system are recommended more particularly to one kind, the push-pull circuit includes first switch tube and second switch, and wherein method of adjustment includes: the cut-off current when on off operating mode of first switch tube or second switch switches in circuit described in real-time detection；Adjust the switching frequency of first switch tube and second switch in real time according to cut-off current and preset switching frequency method of adjustment, realize that closed loop is adjusted by constantly obtaining cut-off current in this way, so that cut-off current stablizes the minimum turn-off electric current in circuit, or cut-off current is floated near the minimum turn-off electric current of circuit, reduce the electric energy loss in first switch tube and second switch, saves electric energy.)

一种推挽软开关电路谐振频率调整方法和系统

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种推挽软开关电路谐振频率调整方法和系统。

背景技术

随着电池的广泛使用，在UPS或应急电源领域，高变比大功率升压技术得到广泛研究，其中高频推挽升压拓扑由于其结构简单，升压效率高，输出功率大，在整个开关周期内都向外传输能量，在电池升压环节得到广泛应用。

在升压电路中特别是在较大变比的情况下，如图1所示其低压侧电流会比较大，造成低压侧功率器件损耗成为电路工作的主要损耗，而其损耗主要来自于升压MOSFET的开关损耗、导通损耗以及升压变压器的铜损与铁损，在实际应用中一般通过硬件开关技术降低开关损耗，但是单纯的硬件控制升压电路技术，由于谐振电感变压器漏感和电容误差以及负载对谐振点以及电路品质因素的影响，造成实际谐振点的偏离，使得开关损耗较大。

发明内容

为了解决现有技术中单纯的采用硬件控制电路时开关损耗较大的技术问题，本申请提供一种推挽软开关电路谐振频率调整方法和系统，具体包括:

一种推挽电路谐振频率调整方法,所述推挽电路包括第一开关管和第二开关管，所述方法包括：

实时检测所述电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流；

根据所述关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节所述第一开关管和第二开关管的开关频率，使得所述关断电流稳定在所述电路的最小关断电流。

其中，所述根据所述关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节所述第一开关管和第二开关管的开关频率包括:

步骤101：获取并记录当前时刻的关断电流，增大所述开关频率；

步骤102：获取开关频率增大后对应的关断电流，并判断开关频率增大后对应的关断电流是否小于开关频率增大前对应的关断电流，若是则返回步骤101，若否则执行步骤103；

步骤103：减小所述开关频率；

步骤104：获取开关频率减小后对应的关断电流，并判断开关频率减小后对应的关断电流是否小于开关频率减小前对应的关断电流，若是则返回步骤103，否则返回步骤101。

其中，所述根据所述关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节所述第一开关管和第二开关管的开关频率包括:

步骤201：获取并记录当前时刻的关断电流，减小所述开关频率；

步骤202：获取开关频率减小后对应的关断电流并判断该减小后对应的关断电流是否小于减小前对应的关断电流，若是则返回步骤201，否则执行步骤203；

步骤203：增大所述开关频率；

步骤204：获取开关频率增大后对应的关断电流并判断该增大后对应的关断电流是否小于增大前对应的关断电流，若是则返回步骤203，否则返回步骤201。

进一步的，还包括：

每次增加或者减小所述开关频率后，判断增大或者减少后的开关频率是否处在预设的开关频率范围内，若否则判定所述电路发生故障。

其中，所述预设的调整量为所述开关频率范围的3％-6％。

其中，所述开关频率范围的上限和下限通过以下方法获取：

分别获取所述电路中LC的最大值和最小值，将LC的最大值带入下述公式计算得到开关频率的下限；将LC的最小值带入下述公式计算得到开关频率的上限；

上式中，f_r为开关频率。

一种推挽电路谐振频率调整系统，所述推挽电路包括第一开关管和第二开关管，所述系统包括：采集模块和处理器；

所述采集模块用于实时采集所述电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流，并将采集到的关断电流发送给所述的处理器；

所述处理器用于根据所述关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节所述第一开关管和第二开关管的开关频率，使得所述关断电流稳定在所述电路的最小关断电流。

所述处理器用于根据所述关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节所述第一开关管和第二开关管的开关频率包括：

所述处理器用于调整所述第一开关管和第二开关管的开关频率，获取所述开关频率调整前后所述电路的关断电流，得到所述关断电流的变化趋势，根据所述变化趋势继续调整所述第一开关管和第二开关管的开关频率，以降低所述电路的关断电流。

其中，所述获取所述开关频率调整前后所述电路的关断电流，得到所述关断电流的变化趋势，根据所述变化趋势继续调整所述第一开关管和第二开关管的开关频率包括：

获取所述开关频率调整前后所述电路的关断电流，若调整后的关断电流小于调整前的关断电流，则按照上次的调整方式继续调整所述第一开关管和第二开关管的开关频率，否则采用与上次相反的调整方式继续调整所述第一开关管和第二开关管的开关频率；

所述调整方式包括增大所述第一开关管和第二开关管的开关频率和减小所述第一开关管和第二开关管的开关频率。

优选地，所述预设的调整量为所述开关频率范围的3％-6％。

依据上述实施例的推挽软开关电路谐振频率调整方法，实时采集电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流，并根据预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率，使得当前时刻的关断电流在电路的最小关断电流值附近浮动，这样减少了开关损耗，使得整个电路更加节能。

附图说明

图1为本申请实施例的推挽电路图；

图2为本申请实施例的推挽电路的工作模式状态图；

图3为本申请实施例的推挽电路在模式1-4下的部分器件上的电压和电流状态图；

图4为本申请实施例的调整方法流程图；

图5为本申请实施例的一种开关频率调整方法流程图；

图6为本申请实施例的另一种开关频率调整方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

推挽电路(push-pull)就是两个不同极性晶体管间连接的输出电路。推挽电路采用两个参数相同的功率BJT管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。如图1，本实施例以一种推挽电路为例对本申请方法进行说明，该推挽电路包括第一开关管S₁和第二开关管S₂，还包括电源V_in,负载电路中包括负载电容C_B和负载电阻R_L。该推挽电路根据其变压器的输入和输出侧划分，包括低压侧电路和高压侧电路，其中，低压侧电路包括第一开关管S₁、电感L1、第二开关管S₂、电源V_in和负载R1。电源V_in的正极与电感L1的中点电连接，电源V_in的负极串联电阻R1后分别连接第一开关管S₁的第一极和第二开关管S₂的第一极，第一开关管S₁的第二极与电感L1的一端连接，第二开关管S₂的第二极与电感L1的另一端连接。第一开关管S₁的控制极与第二开关管S₂的控制极均与处理器连接。高压侧电路包括电感L2(变压器副边绕组)、电感L_r(本实施例为变压器的漏感)、电容C_r、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第四二极管D₄、电容C_B和负载R_L。电感L2的一端通过电感L_r连接电容C_r的一端，电容C_r的另一端连接第一二极管D₁的正极和第四二极管D₄的负极。第一二极管D₁的负极连接第二二极管D₂的负极、电容C_B的一端和负载R_L的一端；第二二极管D₂的正极连接电感L2的另一端和第三二极管D₃的负极，第三二极管D₃的正极连接第四二极管D₄的正极、电容C_B的另一端和负载R_L的另一端。电容C_B的两端分别为第一输出端A和第二输出端B。第一输出端A和第二输出端B用于输出放大的后的电压V_B。该推挽电路在工作过程中会出现如图2所示的四种工作模式，以及在每种工作模式下电路中电流的回路示意图，图3为电路在图2中四种模式下工作时电路中的电压和电压变化状态，图3中Vg1和Vg2分别为图1中二极管D₁和D₂上的电压，i₁和i₂分别表示第一开关管和第二开关管上的电流，其中CS1和CS2分别表示第一开关管和第二开关管上的关断电流，V_S1和V_S2分别表示第一开关管和第二开关管上的电压，i_r表示图1中电容C_r上流过的电流，V_d表示图1中二极管D₄上的电流，V_B为图1中R_L两端的电压。其中，第一开关管和第二开关管工作在固定的开关频率下，且在S₁和S₂之间留有一定死区，合理设置LC谐振频率开关管开关频率以及品质因数Q保证谐振电流处于不连续状态。图2所示为电路工作的四种模式状态，在模式1，S₁开通，在谐振半个周期之后，电池电流接近零点，此时关断S₁；模式2中，S₁和S₂均关断，由于变压器励磁电流的续流，此时S₁开关管上的结电容将被充电至2倍电池电压(电池电压+变压器电压)，同时S₂上的结电容被放电到0，此时S₂存在零电压开通条件；在模式3，S₂在零电压状态开通，在电流谐振到零时S₂关断；模式4，类似于模式2，此时S₂开关管上的结电容将被充电至2倍电池电压，同时S₁上的结电容被放电到0。从而实现S₁和S₂在模式2和模式4中实现开关管的零电压开通与零电流关断。其中，开关频率即为第一开关管和第二开关管导通和关断的频率，当开关频率等于电路的谐振频率时，电路即按照上述四种模式工作。本实施例中在电路中还连接有采样保持电路，用于实时检测推挽电路中的电流，尤其用于检测所述电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流，并输出一个电流反馈信号。

在推挽电路中特别是在较大变比的情况下，如图1所示的电路，其低压侧电流会比较大，造成低压侧功率器件损耗成为电路工作的主要损耗，而其损耗主要来自于升压MOSFET的开关损耗、导通损耗以及升压变压器的铜损与铁损，本实施例中通过实时获取电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流，并根据关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率，使得关断电流稳定在电路的最小关断电流，这样通过不断获取关断电流实现闭环调节，保证在第一开关管或第二开关管通断时，电路中流过的关断电流始终稳定在电路的最小关断电路，或者使得关断电流在电路的最小关断电流附近浮动，这样就能减小第一开关管和第二开关管上的电能损耗，节约了电能。

实施例一：

请参考图4，本实施例提供一种推挽电路谐振频率调整方法,该方法包括以下步骤：

步骤11：实时检测电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流；推挽电路中工作过程中，第一开关管和第二开关管交替导通，例如，但是在第一开关管和第二开关管交替导通过程中会出现暂态，即第一开关管和第二开关管同时导通的状态，实时检测第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流。

步骤12：根据关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率，使得关断电流稳定在电路的最小关断电流，或者使得关断电流在电路的最小关断电流附近浮动。根据实时检测的关断电流和预设的开关频率调整方法实时调整第一开关管和第二开关管的开关频率，使得调整后的关断电路和调整前的相比，关断电流总是向着减小的方向变化，即使得关断电流稳定在电路的最小关断电流，这样就能减少第一开关管和第二开关管上的电能损耗。

具体的，本实施例中提供两种根据关断电流实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率的方法，其中，如图5，第一种方法包括：

步骤101：获取并记录当前时刻的关断电流，将当前时刻对应的开关频率增大预设的调整量；其中，每次记录当前时刻的关断电流以作为下一次关断电路的参考。

步骤102：获取开关频率增大后对应的关断电流并判断开关频率增大后对应的关断电流是否小于开关频率增大前对应的关断电流，若是则返回步骤101，若否则执行步骤103。其中，步骤102包括1021和1022。若开关频率增大后对应的关断电流并判断开关频率增大后对应的关断电流减小，则说明减少开关频率使得关断电流变化向着最小关断电流靠近，因此返回步骤101，继续减小开关频率，以使得关断电流更加接近最小关断电流。

步骤103：将当前时刻对应的开关频率减小预设的调整量；其中，在第一次减少开关频率时可以将当前时刻对应的开关频率减小两倍预设的调整量，因为在将第一开关管和第二开关管的开关频率增大一倍的预设的调整量后，对应的关断电流反而增大，说明需要减小开关频率，若减小一倍的开关频率则开关频率恢复到未增大时的状态，这样没有意义，因此将当前时刻对应的开关频率减小两倍预设的调整量，这样调节较快。

步骤104：获取开关频率减小后对应的关断电流并判断开关频率减小后对应的关断电流是否小于开关频率减小前对应的关断电流，若是则返回步骤103，否则返回步骤101。其中步骤104包括1041和1042，同样的，若减少开关频率后对应的关断电流减少，则返回步骤103，继续减少开关频率，若是减少开关频率后对应的关断电流增大，则说明关断电流偏离最小关断电流，则反向调节开关频率，即返回步骤101，增大开关频率。

另外，本实施例还提供第二种根据关断电流实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率的方法，如图6，第二种方法包括：

步骤201：获取并记录当前时刻的关断电流，将当前时刻对应的开关频率减小预设的调整量；

步骤202：获取开关频率减少后时刻对应的关断电流并判断该减小后时刻对应的关断电流是否小于减小前时刻对应的关断电流，若是则返回步骤201，否则执行步骤203；其中步骤203包括2031和2032。

步骤203：将当前时刻对应的开关频率增大预设的调整量；

步骤204：获取开关频率增大后时刻对应的关断电流并判断该增大后时刻对应的关断电流是否小于增大前时刻对应的关断电流，若是则返回步骤203，否则返回步骤201。其中步骤204包括2041和2042。

以上第二种调节方法和第一种方法相反，首先减小开关频率，但是两种方法的调节原理类似，均是通过判断调节前和调节后关断电流的变化，调节开关频率使得关断电流和上一次相比尽量减少，使得关断电流稳定在电路的最小关断电流，或者使得关断电流在电路的最小关断电流附近浮动。降低第一开关管和第二开关管上的电能损耗，节约了电能。

其中，每次增大或者减少第一开关管和第二开关管的开关频率时，为了保证调整速度，每次调整量不易过小，同时避免了调整过大导致关断电流错过了最小关断电流，每次的调整量也不宜过大，其中最小关断电流根据实际电路而设计不同，最小关断电流设计过小会超出检测电路的精度范围，设置过大则不能起到软开关的效果。本实施例通过多次实现，将预设的调整量设为开关频率范围的3％-6％最为合适，例如本实施例中将预设的调整量设置为开关频率范围的5％。例如，开关频率范围为10-30Hz,则调整量设置为1Hz，即每次将开关频率增大或减小1Hz。

其中，电路中开关频率范围的上限和下限通过以下方法获取：

分别获取电路中LC的最大值和最小值，将LC的最大值带入下述公式计算得到开关频率的下限；将LC的最小值带入下述公式计算得到开关频率的上限，本实施例的LC即为图1中的Lr和Cr；

上式中，f_r为开关频率，这样通过上述方法可以获取电路的开关频率范围，进而设置好预设的调整量，通过上述的调整来调整开关频率，保证关断电路稳定在电路的最小关断电流。

其中LC为低压侧电路中所有电感和电容的整体值，其计算方法与现有的LC震荡电路中的LC的计算方法相同，此处不再赘述。

其中，获取电路的开关频率范围，相当于确定了开关频率理论上变化的上限和下限，则开关频率在工作过程中就会在该开关频率范围内变化，不会超过上限和下限，每次增加或者减小开关频率后，判断增大或者减少后的开关频率是否处在预设的开关频率范围内，若否则说明开关频率超出了最大的调节范围，判定当前电路发生故障，电路发生故障后发出报警信号，例如发出报警声或者故障灯闪烁，以此来提醒工作人员及时处理。

实施例二

本实施例提供一种推挽电路谐振频率调整系统，本实施例以如图1所示的电路为例对该调整系统进行说明，该系统包括采集模块和处理器，其中，采集模块包括采样保护电路，采集电路的两端并联在推挽电路中的一个负载电阻的两端，用于实时采集所述电路中第一开关管或第二开关管的通断状态切换时的关断电流，并将采集到的关断电流发送给的处理器。

其中，处理器与采集模块以及第一开关管和第二开关管的控制端连接，用于根据关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率，使得关断电流稳定在电路的最小关断电流；或者使得关断电流在电路的最小关断电流值附近浮动，本实施例处理器采用Stm32f103C8T6芯片。

其中，处理器用于根据关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率包括:

步骤301：处理器用于获取并记录当前时刻的关断电流；

步骤302：处理器还用于将所述开关频率增大预设的调整量；获取开关频率增大后对应的关断电流，并判断开关频率增大后对应的关断电流是否小于开关频率增大前对应的关断电流，若是则返回步骤301，若否则执行步骤303；

步骤303：处理器还用于将开关频率减小预设的调整量；获取开关频率减小后对应的关断电流，并判断开关频率减小后对应的关断电流是否小于开关频率减小前对应的关断电流，若是则继续执行步骤303，否则返回步骤301。

或者，处理器用于根据关断电流和预设的开关频率调整方法实时调节第一开关管和第二开关管的开关频率包括:

步骤401：处理器用于获取并记录当前时刻的关断电流，

步骤402：处理器还用于将开关频率减小预设的调整量；获取开关频率减小后对应的关断电流，并判断开关频率减小后对应的关断电流是否小于减小前对应的关断电流，若是则继续执行步骤402，否则执行步骤403；

步骤403：处理器还用于将开关频率增大预设的调整量；获取开关频率增大后对应的关断电流并判断该增大后对应的关断电流是否小于增大前对应的关断电流，若是则继续执行步骤403，否则返回步骤401。

在上述方法中，每次增大或者减少的预设的调整量为第一开关管或第二开关管的开关频率范围的3％-6％。

其中，处理器中预设有程序，执行该程序即可根据关断电路和预设的开关频率调整方法实时调节所述第一开关管和第二开关管的开关频率，其中调整方法和实施例1中相同，此处不再赘述。

另外，该系统还包括与处理器连接的故障报警模块，该故障报警模块可以为蜂鸣器和报警灯，每次增加或者减小开关频率后，处理器还判断增大或者减少后的开关频率是否处在预设的开关频率范围内，若否则说明开关频率超出了最大的调节范围，则判定当前电路发生故障，并输出一个故障信号给故障报警模，故障报警模则发出报警声音或者报警灯闪烁，提醒工作人员当前电路发生故障。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。