直接交流-交流变换电路的控制方法及功率调节方法

文档序号:1941119 发布日期:2021-12-07 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 直接交流-交流变换电路的控制方法及功率调节方法 (Control method and power regulation method for direct alternating current-alternating current conversion circuit ) 是由 周宗杰 喻辉洁 于 2021-09-29 设计创作,主要内容包括:本申请涉及一种直接交流-交流变换电路的控制方法及功率调节方法,控制方法应用于直接交流-交流变换电路,通过接收输入交流电压信号,并根据输入交流电压信号控制直接交流-交流变换电路工作于一种工作模式,然后获取切换状态信息,并根据切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长,最终控制目标半桥单元维持工作状态延续时长,以控制变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,变换电路连接的负载具有续流通路,如此仅通过对变换电路中的第一半桥单元和第二半桥单元中至少一者的工作状态延续一段时长即可消除电压尖峰,而无需在直接交流-交流变换电路中增加额外的元件,减少了元件成本,且易于实现。(The application relates to a control method and a power regulation method of a direct alternating current-alternating current conversion circuit, the control method is applied to the direct alternating current-alternating current conversion circuit, the input alternating current voltage signal is received, the direct alternating current-alternating current conversion circuit is controlled to work in a working mode according to the input alternating current voltage signal, then switching state information is obtained, a target half-bridge unit and the duration of the working state of the target half-bridge unit are determined according to the switching state information, the duration of the working state of the target half-bridge unit is finally controlled to be maintained, in the process that the conversion circuit is switched from one working mode to another working mode, a load connected with the conversion circuit is provided with a follow current channel, and therefore, voltage spikes can be eliminated only by continuing the working state of at least one of a first half-bridge unit and a second half-bridge unit in the conversion circuit for a period of time, and no extra element is needed to be added in the direct alternating current-alternating current conversion circuit, so that the element cost is reduced, and the direct alternating current-alternating current conversion circuit is easy to realize.)

直接交流-交流变换电路的控制方法及功率调节方法

技术领域

本申请涉及控制技术领域,特别是涉及一种直接交流-交流变换电路的控制方法及功率调节方法。

背景技术

直接交流-交流变换电路(DAAC,Direct AC-AC Converter)具体有效率高,拓扑简单,器件应力小等诸多优点。

直接交流-交流变换电路具体结构如图1所示。直接交流-交流变换电路在进行工作模式切换时,如果不注意换相过程时序,将会引起电压尖峰。以正半周工作模式切换至死区工作模式为例,当进行工作模式切换时,需要断开第一开关Q1和第一开关Q3,闭合第四开关Q4,而实际上,这些开关动作无法保证在同一时刻完成,如果出现不合理的开关先后顺序将可能引起电压尖峰,从而导致器件有过压损坏风险。对此,传统做法是分别在两个半桥侧并联一个吸收电容,如图2所示,从而保证直接交流-交流变换电路进行任意工作模式间的切换时都不会产生电压尖峰。

然而并联电容的方式增加了元件成本,且在一些大功率应用场合,为满足散热要求,DAAC电路模块被要求组装在SMT工艺的铝基板上,而额外增加的吸收电容C1,C2无法采用插件薄膜电容,陶瓷电容由于机械应力存在失效风险,因此加吸收电容的方案变得更加困难。

发明内容

基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种低成本的控制方法、装置、设备、系统、功率调节方法及存储介质,以解决直接交流-交流变换电路电压尖峰的问题。

一种直接交流-交流变换电路的控制方法,其特征在于,所述直接交流-交流变换电路包括相互连接的第一半桥单元和第二半桥单元,所述第一半桥单元包括第一二极管、第二二极管、第一开关和第二开关,所述第二半桥单元包括第三二极管、第四二极管、第三开关和第四开关;所述第一开关和所述第二开关的通断状态用于表征所述第一半桥单元的工作状态,所述第三开关和所述第四开关的通断状态用于表征所述第二半桥单元的工作状态,所述控制方法包括:

接收输入交流电压信号,并根据所述输入交流电压信号控制所述直接交流-交流变换电路工作于一种工作模式;

获取所述直接交流-交流变换电路由一种所述工作模式切换至另一种所述工作模式的切换状态信息;

根据所述切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长;所述目标半桥单元为所述第一半桥单元和所述第二半桥单元中的至少一个;

控制所述目标半桥单元维持工作状态所述延续时长,以控制所述直接交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,所述直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路。

在其中一个实施例中,所述根据所述切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长包括:

若所述切换状态信息为由正半周工作模式切换为死区工作模式,则以所述第一半桥单元作为所述目标半桥单元,且以第一预设时长作为所述第一半桥单元工作状态的所述延续时长。

在其中一个实施例中,

所述第一预设时长大于或等于第一死区时长,所述第一死区时长为所述第二半桥单元在互补导通状态下,所述第三开关和所述第四开关互补开关过程中的延迟时长。

在其中一个实施例中,所述根据所述切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长包括:

若所述切换状态信息包括由负半周工作模式切换为死区工作模式,则以所述第二半桥单元作为所述目标半桥单元,且以第二预设时长作为所述第二半桥单元工作状态的所述延续时长。

在其中一个实施例中,所述第二预设时长大于或等于所述第二死区时长,所述第二死区时长为所述第一半桥单元在互补导通状态下,所述第一开关和所述第二开关互补开关过程中的延迟时长。

在其中一个实施例中,所述根据所述切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长包括:

若所述切换状态信息为由死区工作模式切换为负半周工作模式,则以所述第一半桥单元作为所述目标半桥单元,且以第三预设时长作为所述第一半桥单元工作状态的所述延续时长。

在其中一个实施例中,所述第三预设时长大于或等于第二死区时长。

在其中一个实施例中,所述根据所述切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长包括:

若所述切换状态信息为由死区工作模式切换为正半周工作模式,则以所述第二半桥单元作为所述目标半桥单元,且以第四预设时长作为所述第二半桥单元工作状态的所述延续时长。

在其中一个实施例中,所述第四预设时长大于或等于第一死区时长。

一种直接交流-交流变换器,包括:

直接交流-交流变换电路,包括相互连接的第一半桥单元和第二半桥单元,所述第一半桥单元包括第一二极管、第二二极管、第一开关和第二开关,所述第二半桥单元包括第三二极管、第四二极管、第三开关和第四开关;所述第一开关和所述第二开关的通断状态用于表征所述第一半桥单元的工作状态,所述第三开关和所述第四开关的通断状态用于表征所述第二半桥单元的工作状态;以及

控制模块,用于,

接收输入交流电压信号,并根据所述输入交流电压信号控制所述直接交流-交流变换电路工作于一种工作模式;

获取所述直接交流-交流变换电路由一种所述工作模式切换至另一种所述工作模式的切换状态信息;

根据所述切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长;所述目标半桥单元为所述第一半桥单元和所述第二半桥单元中的至少一个;

控制所述目标半桥单元维持工作状态所述延续时长,以控制所述直接交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,所述直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路。

一种感应加热装置,包括如上述实施例所述的直接交流-交流变换器和负载,其中所述负载为感性负载。

一种功率调节方法,应用于感应加热装置,所述方法包括:

获取负载的目标功率;

根据所述目标功率分别调整负半周工作模式下所述第一开关和所述第二开关的开关频率;和/或

根据所述目标功率分别调整正半周工作模式下所述第三开关和所述第四开关的开关频率,以使所述负载接收直接交流-交流变换电路的输出信号后所述负载的功率值达到所述目标功率。

在其中一个实施例中,所述直接交流-交流变换电路在工作周期中执行正半周工作模式、死区工作模式和负半周工作模式,所述功率调节方法还包括:

根据所述目标功率调节所述直接交流-交流变换电路工作周期的数量。

在其中一个实施例中,所述方法还包括:

控制负半周工作模式下第一开关与第二开关的通断时长相同;和/或

控制正半周工作模式下第三开关与第四开关的通断时长相同。

一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的控制方法的步骤。

上述直接交流-交流变换电路的控制方法应用于直接交流-交流变换电路,通过接收输入交流电压信号,并根据输入交流电压信号控制直接交流-交流变换电路工作于一种工作模式,然后获取直接交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的切换状态信息,并根据切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长,最终控制目标半桥单元维持工作状态延续时长,以控制直接交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路,如此仅通过对变换电路中的第一半桥单元和第二半桥单元中至少一者的工作状态延续一段时长即可消除电压尖峰,而无需在直接交流-交流变换电路中增加额外的元件,减少了元件成本,且易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案,下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的DAAC的电路结构示意图;

图2为现有技术的并联吸收电容后DAAC的电路结构示意图;

图3为输入交流电压信号的电压Vac和直接交流-交流变换电路输出电压Vo的波形示意图;

图4为一个实施例中正半周工作模式下DAAC的电路结构示意图;

图5为一个实施例中死区工作模式下DAAC的电路结构示意图;

图6为一个实施例中负半周工作模式下DAAC的电路结构示意图;

图7为一个实施例中DAAC控制方法的流程示意图;

图8为一个实施例中DAAC的控制时序示意图;

图9为一个实施例中DAAC由正半周工作模式切换到死区工作模式时的电路结构示意图;

图10为一个实施例中DAAC由负半周工作模式切换到死区工作模式时的电路结构示意图;

图11为一个实施例中控制设备的结构示意图;

图12为一个实施例中输出电压Vo及负载电流IL与电压Vac之间的波形对比图。

具体实施方式

为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。

可以理解,本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件,但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等,在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如,如果附图中的器件翻转,描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外,器件也可以包括另外地取向(譬如,旋转90度或其它取向),并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是,当一个元件被认为是“连接”另一个元件时,它可以是直接连接到另一个元件,或者通过居中元件连接另一个元件。此外,以下实施例中的“连接”,如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递,则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是,术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在,但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时,在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

如图1所示,DAAC包括相互连接的第一半桥单元和第二半桥单元,第一半桥单元包括第一二极管D1、第二二极管D2以及与第一二极管D1并联的第一开关Q1和与第二二极管D2并联的第二开关Q2,第二半桥单元包括第三二极管D3、第四二极管D4以及与第三二极管D3并联的第三开关Q3和与第四二极管D4并联的第四开关Q4,各开关导通时用于提供各二极管的阴极和阳极之间的导电通路。第一半桥单元和第二半桥单元分别连接在电源两端,电源并联有输入电容Cin,其中第一二极管D1的阴极分别与供电电源的a端和输入电容Cin的第一端连接,第一二极管D1的阳极分别与第二二极管D2的阴极和负载Zo的p端连接,第三二极管D3的阴极分别与供电电源的b端和输入电容Cin的第二端连接,第三二极管D3的阳极分别与第四二极管D4的阴极和负载Zo的q端连接,第二二极管D2的阳极和第四二极管D4的阳极连接。DAAC分为三种工作模式,即正半周工作模式,负半周工作模式以及死区工作模式。参考图3所示,正半周工作模式即直接交流-交流变换电路工作在正半周工作区,负半周工作模式即直接交流-交流变换电路工作在负半周工作区,死区工作模式即直接交流-交流变换电路工作在死区。其中,工作区的定义可由输入交流电压信号的电压与两个阈值电压相比较来产生,电压Vac高于阈值Vth1的工作时间段定义为正半周工作区;电压Vac低于阈值Vth1而高于阈值Vth2的工作时间段定义为死区;电压Vac低于阈值Vth2的工作区间定义为负半周工作区。当DAAC工作在正半周工作模式时,第一半桥单元为直通状态,第一半桥单元的两个开关(第一开关Q1、第二开关Q2)同时导通,此时供电电源正向(a端为高电位,b端为低电位)地施加在第二个桥臂上,第二半桥单元的两个开关(第三开关Q3和第四开关Q4)以设定的占空比工作,如图4所示,此时直接交流-交流变换电路的输出信号Vo正向(p端为高电位,q端为低电位)地施加在负载上,且输出信号Vo的电压波形包络与电压Vac的波形相同,而平均值与占空比成正比;当DAAC工作在死区工作模式时,第一开关Q1和第三开关Q3关断,第二开关Q2和第四开关Q4导通,如图5所示;当DAAC工作在负半周工作模式时,第二半桥单元的两个开关(第三开关Q3、第四开关Q4)同时导通,此时交流电源负向(a端为低电位,b端为高电位)地施加在第一个桥臂上,第一个半桥(第一开关Q1、第二开关Q2)以设定的占空比工作,如图6所示,此时直接交流-交流变换电路的输出信号Vo负向(p端为低电位,q端为高电位)地施加在负载上,且输出信号Vo的电压波形包络与电压Vac的波形相同,而平均值与占空比成正比。

正如背景技术所述,现有技术中的直接交流-交流变换电路在进行工作模式切换时会产生电压尖峰的问题,经发明人研究发现,出现这种问题的原因在于,在进行工作模式切换时,由于开关先后顺序不合理,从而导致直接交流-交流变换电路连接的负载没有续流通路,最终导致电压尖峰。

基于以上原因,本发明提供了一种控制方法,应用于图1所示的直接交流-交流变换电路。如图7所示,控制方法包括步骤S110至步骤S140。

步骤S110,接收输入交流电压信号,并根据输入交流电压信号控制直接交流-交流变换电路工作于一种工作模式。

其中,输入交流电压信号为供电电源向直接交流-交流变换电路提供的信号,其电压Vac的波形图可参考图3所示,根据输入交流电压信号,可控制直接交流-交流变换电路以不同的工作模式工作在不同的工作区。其中,工作模式包括正半周工作模式、死区工作模式和负半周工作模式三种,在一个工作周期内,直接交流-交流变换电路会巡历正半周工作模式、死区工作模式和负半周工作模式。

步骤S120,获取直接交流-交流变换电路由一种所述工作模式切换至另一种所述工作模式的切换状态信息。

其中,切换状态信息可为由正半周工作模式切换为死区工作模式,或由死区工作模式切换至负半周工作模式,或由负半周工作模式切换为死区工作模式,或由死区工作模式切换为正半周工作模式。可以理解,由电压Vac的波形可知,直接交流-交流变换电路巡历各工作模式的顺序是固定的,即按照正半周工作模式、死区工作模式、负半周工作模式、死区工作模式的顺序循环,因此切换状态信息为该四种中的一种。

在一个实施例中,获取切换状态信息可包括根据输入交流电压信号获取切换状态信息。例如:若输入交流电压信号的电压Vac高于阈值Vth1,则可判定此时直接交流-交流变换电路为正半周工作模式,且切换状态信息为由正半周工作模式切换为死区工作模式;若电压Vac低于阈值Vth1而高于阈值Vth2,且电压Vac为衰减趋势,则可判定此时直接交流-交流变换电路为死区工作模式,且切换状态信息为由死区工作模式切换至负半周工作模式;若电压Vac低于阈值Vth2,则可判定此时直接交流-交流变换电路为负半周工作模式,且切换状态信息为由负半周工作模式切换为死区工作模式;若电压Vac低于阈值Vth1而高于阈值Vth2,且电压Vac为增长趋势,则可判定此时直接交流-交流变换电路为死区工作模式,且切换状态信息为由死区工作模式切换为正半周工作模式。

在一个实施例中,也可根据工频过零检测同步信号Sync1和Sync2获取切换状态信息,如图8所示,Sync1和Sync2分别用于指示正半周工作模式与死区工作模式之间的切换和负半周工作模式与死区工作模式之间的切换,例如当Sync1由高电平变为低电平(t1时刻)时,可判定此时为由正半周工作模式转换为死区工作模式;当Sync2由低电平变为高电平(t3时刻)时,可判定此时为由死区工作模式转换为负半周工作模式。因此根据Sync1和Sync2即可获取直接交流-交流变换电路的切换状态信息。

步骤S130,根据切换状态信息确定目标半桥单元及其工作状态的延续时长;目标半桥单元为第一半桥单元和第二半桥单元中的至少一个。

其中,切换状态信息与目标半桥单元及其工作状态的延续时长一一对应,根据切换状态信息即可确定目标半桥单元及目标半桥单元的工作状态的延续时长。

步骤S140,控制目标半桥单元维持工作状态延续时长,以控制直接交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路。

其中,第一开关和第二开关的通断状态用于表征半桥单元的工作状态。第一半桥单元和第二半桥单元的工作状态分别包括互补导通状态、死区状态和直通状态。互补导通状态下,第一开关和第二开关互补开关,且开关时刻延迟预设死区时长;死区状态下,第一开关断开,且第二开关导通;直通状态下,第一开关和第二开关均开启。当直接交流-交流变换电路工作在正半周工作模式时,第一半桥单元为直通状态,且第二半桥单元为互补导通状态;死区工作模式下,第一半桥单元和第二半桥单元均为死区状态;负半周工作模式下,第一半桥单元为互补导通状态,第二半桥单元为直通状态。因此,直接交流-交流变换电路工作模式的控制可反映为对两个半桥单元的工作状态的控制。

可以理解,当确定延续时长后,可控制直接交流-交流变换电路由当前工作模式切换至下一工作模式时,目标半桥单元维持当前工作模式时的工作状态一定时长,从而在控制直接交流-交流变换电路在该切换过程中,该目标半桥单元在该时长内依旧保持在切换前的工作模式中的工作状态,使得与直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路,最终避免电压尖峰的产生。

本发明实施例的控制方法仅通过对直接交流-交流变换电路中的第一半桥单元和第二半桥单元中至少一者的工作状态延续一段时长,从而在控制直接交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,至少一个半桥单元在延长的时长内依旧保持在切换前的工作模式中的工作状态,使得直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路,从而消除电压尖峰,相比于在直接交流-交流变换电路中增加额外的元件的方式,减少了元件成本,且易于实现。

在一个实施例中,根据切换状态信息确定目标半桥单元及目标半桥单元的工作状态的延时信息步骤包括:若切换状态信息为由正半周工作模式切换为死区工作模式,则以第一半桥单元作为目标半桥单元,且以第一预设时长作为第一半桥单元工作状态的延续时长。

在一个实施例中,第一预设时长大于或等于第一死区时长,第一死区时长为第一半桥单元和第二半桥单元在互补导通状态下,第三开关和第四开关互补开关过程中的延迟时长。

在一个实施例中,根据切换状态信息确定目标半桥单元及目标半桥单元的工作状态的延续时长包括:若切换状态信息包括由负半周工作模式切换为死区工作模式,则以第二半桥单元作为目标半桥单元,且以第二预设时长作为第二半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第二预设时长大于或等于第二死区时长,第二死区时长为第一半桥单元在互补导通状态下,第一开关和所述第二开关互补开关过程中的延迟时长。

在一个实施例中,根据切换状态信息确定目标半桥单元及目标半桥单元的工作状态的延续时长包括:若切换状态信息为由死区工作模式切换为负半周工作模式,则以第一半桥单元作为目标半桥单元,且以第三预设时长作为第一半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第三预设时长大于或等于第二死区时长。

在一个实施例中,根据切换状态信息确定目标半桥单元及目标半桥单元的工作状态的延续时长包括:若切换状态信息为由死区工作模式切换为正半周工作模式,则以第二半桥单元作为目标半桥单元,且以第四预设时长作为第二半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第四预设时长大于或等于第一死区时长。

具体的,直接交流-交流变换电路的控制时序可参考图8所示,PWM_Ref是给定的PWM参考输入,用于指示第一开关和第二开关的互补导通。为便于理解,以时序信号Pre_PWM1至Pre_PWM4分别指示第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4的通断;由于互补导通过程中的两个半桥单元的两个开关存在开关死区,即两个开关的上升沿延迟死区时长tdead,因此可以分别对Pre_PWM1至Pre_PWM4做死区时长的上升沿延时,最终以得到的PWM1至PWM4分别指示第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4的通断,其中,PWM1至PWM4为高电平时开关导通。

在t0到t1时间段内,DAAC处于正半周工作模式,第一半桥单元的第一开关Q1和第二开关Q2处于直通状态,第二半桥单元的第三开关Q3和第四开关Q4处于互补导通状态,且第三开关Q3和第四开关Q4存在预设死区时长tdead1的上升沿延时,DAAC的电路结构如图4所示。

在t1到t2时间段内,DAAC处于由正半周工作模式切换到死区工作模式的暂态过程,t1时刻工频同步信号Sync1发生了变化,第一半桥单元依然保持直通状态,第二半桥由原来的互补导通状态切换到死区状态,即第三开关Q3关断,第四开关Q4导通。具体控制可参考图8所示的时序图。可以理解,在切换的暂态过程,可能出现第一开关Q1断开后,第三开关Q3和第四开关Q4由于互补导通发生了通断状态的改变,且第三开关Q3和第四开关Q4之间的切换存在预设死区时长tdead1,即第三开关Q3和第四开关Q4可能同时处于断开状态,此时通过控制第一半桥单元仍处于直通状态,即第一开关Q1和第二开关Q2同时导通,在第三开关Q3还未导通的情况下,无论负载Zo为容性还是感性,即负载电流由p端流向q端或由q端流向p端,负载电流都有通路,因此不会引起电压尖峰。t1到t2持续的时间为第一预设时长Td1,在一个实施例中,第一预设时长Td1大于或等于预设死区时长tdead1,从而保证t1到t2时间段内均不会出现电压尖峰的情况。其中,该种情况下DAAC的电路可参考图9。

在t2到t3时间段内,DAAC处于死区工作模式,第一半桥单元和第二半桥单元均处于死区状态,即第一开关Q1和第三开关Q3断开,而第二开关Q2和第四开关Q4导通,负载电流在第二开关Q2和第四开关Q4构成的回路中续流,DAAC的电路如图5所示。

在t3到t4时间段内,DAAC处于由死区工作模式切换到负半周工作模式的暂态过程,t3时刻工频同步信号Sync2发生了变化,第一半桥单元依然保持死区状态,第二半桥单元由原来的死区状态切换到直通状态,即第三开关Q3和第四开关Q4均导通,具体控制可参考图8所示的时序图。可以理解,在切换的暂态过程,可能出现第三开关Q3还未导通时,第一开关Q1和第二开关Q2由于互补导通发生了通断状态的改变,且第一开关Q1和第二开关Q2之间的切换存在预设死区时长tdead2(未示出),即第一开关Q1和第二开关Q2可能同时处于断开状态,此时通过控制第一半桥单元仍处于死区状态,即第一开关Q1断开,第二开关Q2导通,在第三开关Q3还未导通的情况下,无论负载Zo为容性还是感性,即负载电流由p端流向q端或由q端流向p端,负载电流都有通路,因此不会引起电压尖峰。t3到t4持续的时间为第二预设时长Td2,在一个实施例中,第二预设时长Td2大于或等于第二死区时长tdead2,从而保证t3到t4时间段内均不会出现电压尖峰的情况。其中,该种情况下的DAAC的电路可参考图5。

在t4到t5时间段内,DAAC处于负半周工作模式,第一半桥单元的第一开关Q1和第二开关Q2处于互补开关状态,且第一开关Q1和第二开关Q2存在第二死区时长tdead2的上升沿延时,第二半桥单元的第三开关Q3和第四开关Q4处于直通状态,DAAC的电路结构如图6所示。

在t5到t6时间段内,DAAC处于由负半周工作模式切换到死区工作模式的暂态过程,t5时刻工频同步信号Sync2发生了变化,第二半桥单元依然保持直通状态,第一半桥单元由原来的互补导通状态切换到死区状态,即第一开关Q1断开,第二开关Q2导通。可以理解,在切换的暂态过程,可能出现第三开关Q3断开后,第一开关Q1和第二开关Q2由于互补开关发生了通断状态的改变,且第一开关Q1和第二开关Q2之间的切换存在预设死区时长tdead2(图8中未示出t5到t6时间段内第一半桥单元的两个开关存在通断状态切换的情况),即第一开关Q1和第二开关Q2可能同时处于断开状态,此时通过控制第二半桥单元仍处于直通状态,即第三开关Q3和第四开关Q4同时导通,在第二开关Q2还未导通的情况下,无论负载Zo为容性还是感性,即负载电流由p端流向q端或由q端流向p端,负载电流都有通路,因此不会引起电压尖峰。t5到t6持续的时间为第三预设时长Td3,在一个实施例中,第三预设时长Td3大于或等于第二死区时长tdead2,从而保证t5到t6时间段内均不会出现电压尖峰的情况。其中,该种情况下DAAC的电路可参考图10。

在t6到t7时间段内,DAAC处于死区工作模式,第一半桥单元和第二半桥单元均处于死区状态,即第一开关Q1、第三开关Q3都断开,而第二开关Q2、第四开关Q4都导通,负载电流在第二开关Q2、第四开关Q4构成的回路中续流,DAAC的电路如图5所示。

在t7到t8时间段内,DAAC处于由死区工作模式切换到正半周工作模式的暂态过程,t7时刻工频同步信号Sync1发生了变化,第二半桥单元依然保持死区状态,第一半桥由原来的死区状态切换到直通状态,即第一开关Q1和第二开关Q2均导通,具体控制可参考图8所示的时序图。可以理解,在切换的暂态过程,可能出现第一开关Q1还未导通时,第三开关Q3和第四开关Q4由于互补导通发生了通断状态的改变,且第三开关Q3和第四开关Q4之间的切换存在第一死区时长tdead1,即第一开关Q1和第二开关Q2可能同时处于断开状态,此时通过控制第二半桥单元的仍处于死区状态,即第三开关Q3断开,第四开关Q4导通,在第一开关Q1还未导通的情况下,无论负载Zo为容性还是感性,即负载电流由p端流向q端或由q端流向p端,负载电流都有通路,因此不会引起电压尖峰。t7到t8持续的时间为第四预设时长Td4,在一个实施例中,第四预设时长Td4大于或等于第一死区时长tdead1,从而保证t7到t8时间段内均不会出现电压尖峰的情况。其中,该种情况下的DAAC的电路可参考图5。

其中,t0至t8时间段为直接交流-交流变换电路一个完整的工作周期。

上述实施例的控制方法可应用于负载为单相感应电机驱动,感应加热或调压电源的直接交流-交流变换电路中。

本发明实施例还提供一种直接交流-交流变换器,包括直接交流-交流变换电路和控制模块,其中如图1所示,直接交流-交流变换电路包括相互连接的第一半桥单元和第二半桥单元,第一半桥单元包括第一二极管、第二二极管、第一开关和第二开关,第二半桥单元包括第三二极管、第四二极管、第三开关和第四开关,第一二极管的阴极、第一开关的第一端均与交流电源第一端连接,第一二极管的阳极、第一开关的第二端、第二二极管的阴极、第二开关的第一端均与负载第一端连接;第三二极管的阴极、第三开关的第一端均与交流电源第二端连接,第三二极管的阳极、第三开关的第二端、第四二极管的阴极、第四开关的第一端均与负载第二端连接;第二二极管阳极、第二开关的第二端、第四二极管的阳极、第四开关的第二端均相连;第一开关和第二开关的通断状态用于表征第一半桥单元的工作状态,第三开关和第四开关的通断状态用于表征第二半桥单元的工作状态;控制模块用于接收输入交流电压信号,并根据输入交流电压信号控制交流-交流变换电路工作于一种工作模式,然后获取交流-交流变换电路由一种所述工作模式切换至另一种所述工作模式的切换状态信息,并根据切换状态信息确定目标半桥单元及目标半桥单元的工作状态的延续时长,其中目标半桥单元为第一半桥单元和第二半桥单元中的至少一个;最终控制目标半桥单元维持工作状态延续时长,以控制交流-交流变换电路由一种工作模式切换至另一种工作模式的过程中,直接交流-交流变换电路连接的负载具有续流通路。

本发明实施例的控制设备的原理及作用已在图7实施例具体阐述,此处不再赘述。

在一个实施例中,控制模块还用于若切换状态信息为由正半周工作模式切换为死区工作模式,则以第一半桥单元作为目标半桥单元,且以第一预设时长作为第一半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第一预设时长大于或等于第一死区时长,第一死区时长为第一半桥单元和第二半桥单元在互补导通状态下,第三开关和第四开关互补开关过程中的延迟时长。

在一个实施例中,控制模块还用于若切换状态信息包括由负半周工作模式切换为死区工作模式,则以第二半桥单元作为目标半桥单元,且以第二预设时长作为第二半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第二预设时长大于或等于第二死区时长,第二死区时长为第一半桥单元在互补导通状态下,第一开关和所述第二开关互补开关过程中的延迟时长。

在一个实施例中,控制模块还用于若切换状态信息为由死区工作模式切换为负半周工作模式,则以第一半桥单元作为目标半桥单元,且以第三预设时长作为第一半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第三预设时长大于或等于第二死区时长。

在一个实施例中,控制模块还用于若切换状态信息为由死区工作模式切换为正半周工作模式,则以第二半桥单元作为目标半桥单元,且以第四预设时长作为第二半桥单元工作状态的延续时长。在一个实施例中,第四预设时长大于或等于第一死区时长。

本发明实施例还提供一种感应加热装置,包括负载及上述实施例所述的直接交流-交流变换器,其中负载为感性负载。

其中,负载Zo用于接收直接交流-交流变换电路输出的电能,如图11所示,其中,负载的第一端分别与第一半桥单元中第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接;负载的第二端分别与第二半桥单元中第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极连接。

在一个实施例中,负载包括电阻R、电感L和谐振电容Cr。电阻的第一端分别与第一半桥单元中第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接,电感的第一端与电阻的第二端连接,谐振电容的第一端与电感的第二端连接,谐振电容的第二端分别与第二半桥单元中第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极连接。

本发明实施例还提供一种功率调节方法,应用于感应加热装置,方法包括步骤S210至步骤S220。

步骤S210,获取负载的目标功率。

其中,该目标功率可为负载的额定功率,也可为人为根据工况需求进行设置。

步骤S220,根据目标功率分别调整负半周工作模式下第一开关和第二开关的开关频率;和/或根据目标功率分别调整正半周工作模式下第二半桥单元中第三开关和第四开关的开关频率,以使负载接收直接交流-交流变换电路的输出信号后负载的功率值达到目标功率。

其中,在获取到负载的目标功率后,为使负载接收直接交流-交流变换电路的输出信号后负载的功率值达到目标功率,可单独调整负半周工作模式下第一半桥单元中第一开关和第二开关的开关频率,也可单独调整正半周工作模式下第二半桥单元中第三开关和第四开关的开关频率,或者同时调整负半周工作模式下第一半桥单元中第一开关和第二开关的开关频率及正半周工作模式下第二半桥单元中第三开关和第四开关的开关频率。

负半周工作模式下第一半桥单元的第一开关和第二开关为互补导通状态,因此可通过调整第一开关和第二开关的开关频率来改变两个开关的导通时长,进而使得负载接收交流-交流变换电路的输出信号Vo后负载的功率值达到目标功率。

在一个实施例中,直接交流-交流变换电路在工作周期中执行正半周工作模式、死区工作模式和负半周工作模式,功率调节方法还包括根据目标功率调节直接交流-交流变换电路工作周期的数量。

可以理解,在调频增益有限的情况下,可采用周波控制,即直接交流-交流变换电路输出信号为完整的正弦波但工作周期的数量不固定,从而通过改变直接交流-交流变换电路的工作周期的数量来实现负载的功率值达到目标功率。例如,以5个正弦波为例,负载接收到5个正弦波时其功率值为P,若目标功率为P的80%,则可控制直接交流-交流变换电路只输出4个正弦波的输出信号。

在一个实施例中,功率调节方法还包括控制负半周工作模式下第一半桥单元的第一开关与第一半桥单元的第二开关的通断时长相同;和/或控制正半周工作模式下第二半桥单元的第三开关与第二半桥单元的第四开关的通断时长相同。

其中,通断时长包括导通时长和断开时长。负半周工作模式下的第一半桥单元和正半周工作模式下的第二半桥单元为互补导通状态,此时为便于开关频率的调整,可单独控制第一半桥单元的第一开关Q1和第二开关Q2的导通时长以及断开时长均相同,或单独控制第二半桥单元的第三开关Q3和第四开关Q4的导通时长以及断开时长均相同,或同时控制第一半桥单元的第一开关Q1和第二开关Q2的导通时长以及断开时长相同,以及控制第二半桥单元的第三开关Q3和第四开关Q4的导通时长以及断开时长相同。

当直接交流-交流变换电路连接的负载为感性负载,即负载包括电阻R、电感L和谐振电容Cr,且在同时控制第一半桥单元的第一开关Q1和第二开关Q2的导通时长以及断开时长相同,以及控制第二半桥单元的第三开关Q3和第四开关Q4的导通时长以及断开时长相同的情况下,通过调整负半周工作模式下第一半桥单元中第一开关和第二开关的开关频率和正半周工作模式下第二半桥单元中第三开关和第四开关的开关频率的方式以达到目标功率时,输出电压Vo及负载电流IL与电压Vac之间的波形对比可参考图12所示。

在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述任一项控制方法实施例的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例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,的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)等。

在本说明书的描述中,参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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