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CN114744864A - 功率控制电路及其控制方法 - Google Patents

功率控制电路及其控制方法 Download PDF

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CN114744864A
CN114744864A CN202210342890.9A CN202210342890A CN114744864A CN 114744864 A CN114744864 A CN 114744864A CN 202210342890 A CN202210342890 A CN 202210342890A CN 114744864 A CN114744864 A CN 114744864A
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胡笑鲁
杨泽洲
易立琼
陈少娴
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Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
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Abstract

本申请实施例提供了一种功率控制电路及其控制方法，应用于能源领域，该功率控制电路包括交流电源模块、功率模块和控制模块。其中，功率模块包括无桥功率因数校正电路。交流电源模块中的采样模块对交流电源或功率模块输出的电流信号进行采样，并将得到的采样信号输出至控制模块。控制模块基于接收到的采样信号，控制交流电源模块中的开关元件的导通与关断，并且，控制模块在采样信号包括雷击浪涌信号时，关断开关元件，以避免开关元件损毁。以及，控制模块还用于对采样信号进行电流计量，从而在包含无桥功率因数校正电路的功率控制电路中，同时实现包括开关控制、雷击保护以及电流计量在内的多种功能。

Description

功率控制电路及其控制方法
技术领域
本申请实施例涉及电子电路领域，尤其涉及一种功率控制电路及其控制方法。
背景技术
随着无桥功率因素矫正(Power Factor Correction，PFC)电路的设计越来越成熟，其应用市场也越来越广泛。无桥PFC电路可以包括单路或多路无桥PFC电路，其每路PFC电路上包括电感元件等无源器件。目前，传统的无桥PFC电路的雷击速断保护功能、低频开关控制功能以及电流计量功能中的每个功能，需要配合对应的采样电路与控制电路才能实现，也就是说，传统的无效PFC电路需要多套采样与控制电路，才能同步实现多种功能。相应的，多套电路需要多套器件，导致占用PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)的面积较大。
发明内容
本申请实施例提供一种功率控制电路及其控制方法。在该方法中，功率控制电路可在实现雷击速断保护、低频开关控制以及电流计量的同时，减少电路的占用面积。
第一方面，本申请实施例提供一种功率控制电路。该功率控制包括交流电源模块、功率模块和控制模块。交流电源模块包括但不限于：交流电源、采样模块和开关元件。其中，交流电源可用于为功率模块提供电能。采样模块用于对交流电源输出至采样模块的电流信号，或者是对功率模块输出至采样模块的电流信号进行采样，以得到采样信号。采样模块将得到的采样信号输出至控制模块。功率控制电路中的功率模块包括无桥功率因数校正PFC电路。功率控制电路中的控制模块用于接收采样模块输出的采样信号，并基于接收到的采样信号，控制电源模块中的开关元件的导通与关断。并且，当采样信号包括雷击浪涌信号时，控制模块还用于关断开关元件。以及，控制模块进一步用于对采样信号进行电流计量。这样，本申请通过一套采样电路，即包括采样模块和控制模块的采样电路，即可实现对开关元件的雷击保护、控制开关元的导通与关断，以及对功率控制电路中的电流进行计量，以降低功率控制电路的占用面积，从而提高PCB板的利用率，以进一步提高成本。
示例性的，控制模块连接开关元件的栅极，以控制开关元件的导通与关断。
示例性的，无桥PFC电路为单路无桥PFC电路或多路无桥PFC电路。
示例性的，多路无桥PFC电路中的每路PCF电路中包括电感元件、一对开关元件和电容元件。电感元件与电容元件可以用于储能和供能。示例性的，无桥PFC电路中的开关元件为缘栅极晶体管IGBT、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、碳化硅SiC晶体管或氮化镓GaN晶体管。
示例性的，采样信号可选地为采样模块基于电流信号进行采样后得到的电压信号。
示例性的，交流电源模块的电流可以来自外部电源，例如可以是市电。
示例性的，功率模块输出至采样模块的电流信号可选地为功率模块中的电感元件和/或电容元件输出至采样模块的。
根据第一方面，控制模块包括：第一滤波单元、雷击速断保护单元、低频管开关控制单元以及电流计量单元。其中，第一滤波单元连接第一逻辑电路、第二逻辑电路和第三逻辑电路，第一滤波单元用于对采样信号进行滤波。雷击速断保护单元通过第一逻辑电路连接第一滤波单元。雷击速断保护单元用于当采样信号包括雷击浪涌信号时，关断开关元件。低频管开关控制单元通过第二逻辑电路连接第一滤波单元；第二逻辑电路包括第一信号放大单元，第一信号放大单元对第一滤波单元滤波后的采样信号进行放大并输出至低频管开关控制单元。低频管开关控制单元用于基于第一信号放大单元放大后的采样信号，控制开关元件的导通与关断。电流计量单元通过第三逻辑电路连接第一滤波单元。其中，第三逻辑电路包括第二信号放大单元和第二滤波单元，第二信号放大单元对第一滤波单元滤波后的采样信号进行放大并输出至第二滤波单元，第二滤波单元对第二信号放大单元放大后的采样信号进行滤波并输出至电流计量单元。电流计量单元用于对第二滤波单元滤波后的采样信号进行电流计量。这样，本申请中的控制模块可在实现雷击保护以及开关控制的同时，对电流进行计量，无需通过设置多套电路以实现不同的功能，可有效减少电路的占用面积。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，第一逻辑电路包括比较单元。比较单元用于当采样信号包括雷击浪涌信号时，向雷击速断保护单元输出指示信息，指示信息用于指示采样信号包括雷击浪涌信号。这样，雷击速断保护单元基于比较单元的指示信息，对电源模块中的开关元件进行雷击保护，以防止开关元件损毁。
示例性的，比较单元可选地包括第一比较器和第二比较器。第一比较器设置又第一阈值，第一阈值用于指示流经交流源的电流为反相雷击电流，并指示第一比较器向雷击速断保护单元输出高电平。第二比较器用于对输入电流的负半周期的电流进行检测，第二比较器设置有第二阈值，第二阈值用于指示流经交流源的电流为反相雷击电流，并指示第二比较器向雷击速断保护单元输出高电平。其中，高电平可选地为本申请实施例中所述的指示信息。本申请实施例中仅以输出高电平为例进行说明，本申请不做限定。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，第一信号放大单元的放大倍率大于第二信号放大单元的放大倍率。这样，本申请实施例中通过不同放大功率的信号放大单元，可以在满足低频管开关控制的大量程、低精度的需求的同时，兼顾计量单元的小量程、高精度的需求。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，开关元件包括第一开关元件和第二开关元件；控制模块具体用于：当电流信号处于负半周期时，若采样信号大于或等于第一阈值，导通第一开关元件，关断第二开关元件；若采样信号小于第一阈值，关断第一开关元件，第二开关元件处于关断状态；其中，电流信号处于负半周期时，交流电源的电流从负极流向正极。当电流信号处于正半周期时，若采样信号大于或等于第二阈值，导通第二开关元件，关断第一开关元件；若采样信号小于第二阈值，关断第二开关元件，第一开关元件处于导通状态；第一阈值与第二阈值的绝对值相等；电流信号处于正半周期时，交流电源的电流从正极流向负极。这样，控制模块可以基于电流信号的方向与大小，控制电源模块中的开关元件的导通与关闭，以实现第一开关元件与第二开关元件的零电压开关导通，以减小功率器件的导通损耗和关断损耗。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，控制模块还包括保护单元，当雷击浪涌信号流入功率控制电路时，保护单元、采样装置、开关元件以及交流电源构成的回路导通并传输雷击浪涌信号。这样，功率控制电路可通过设置保护单元，以使得雷击浪涌信号在保护单元、采样装置、开关元件以及交流电源组成的回路中传输，从而避免雷击浪涌信号流入功率模块中，造成功率模块中的电感等器件损毁，以提高功率控制电路的可靠性。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，开关元件的一端连接交流电源，开关元件的另一端连接功率模块；采样模块的一端连接交流电源，采样模块的另一端连接控制模块。这样，本申请中的功率控制电路通过设置一个采样模块，使得控制模块可基于采样模块输出的采样信号，实现雷击速断保护、开关控制以及计量等多个功能，以有效减少PCB板的占用面积。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，采样模块为霍尔传感器、隧道磁电阻TMR传感器、电阻或电流互感器CT。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，控制模块包括三角形电流模式TCM控制器、电流连续模式CCM控制器或临界模式CRM控制器。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，开关元件为IGBT、MOSFET、SiC晶体管或GaN晶体管。
根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，采样模块的量程为额定量程的至少二倍。这样，本申请通过设置大量程采样模块，可以实现对大电流信号和小电流信号的采样，例如能够检测到高达100A的雷击电流，使得采样装置在检测到雷击电流的同时，不会造成装置损坏。采样装置可稳定输出采样信号，使得控制模块130可获得准确的采样结果，并基于采样结果执行雷击速断保护。并且，大量程的采样装置在增大电流检测范围的同时，可兼顾输入电流幅值内的电流计量精度，从而可以减少PCB板的占用面积。
第二方面，本申请实施例提供一种功率控制电路的控制方法。其中，功率控制电路包括交流电源模块、功率模块和控制模块；交流电源模块包括交流电源、采样模块、开关元件，交流电源为功率模块提供电能；功率模块包括无桥功率因数校正PFC电路。控制方法包括：采样模块对电流信号进行采样，并将得到的采样信号输出至控制模块；控制模块基于采样模块输出的采样信号，控制开关元件的导通与关断，并且，当采样信号包括雷击浪涌信号时，关断开关元件；以及，对采样信号进行电流计量。
第二方面以及第二方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第二方面以及第二方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。
第三方面，本申请实施例提供一种功率控制装置，包括输入端口、输出端口和执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的功率控制电路。输入端口用于接收电源模块输出的电流并传输给功率控制电路。输出端口用于将功率控制电路输出的电流传输至负载设备。
第三方面以及第三方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第三方面以及第三方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。
第四方面，本申请实施例提供一种芯片，包括：一个或多个接口电路和一个或多个处理器；接口电路用于从存储器接收信号，并向处理器发送信号，信号包括存储器中存储的计算机指令；接口电路还用于接收采样模块输出的采样信号，采样信号为采样模块对交流电源或功率模块输出至采样模块的电流信号进行采样得到的；功率模块包括无桥功率因数矫正PFC电路；当处理器执行计算机指令时，执行权利要求1至12任一项的方法中的控制模块所执行的步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的控制模块所执行的步骤。
第六方面，本申请实施例提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的控制模块所执行的步骤。
附图说明
图1为示例性示出的功率控制电路结构示意图之一；
图2a为示例性示出的功率控制电路结构示意图之一；
图2b为示例性示出的功率控制电路结构示意图之一；
图3为示例性示出的控制模块的结构示意图；
图4为示例性示出的时序图之一；
图5a～图5d为示例性示出的等效电路图；
图6a为示例性示出的时序图之一；
图6b为示例性示出的时序图之一；
图7a～图7b为示例性示出的等效电路图；
图8为示例性示出的信号处理示意图；
图9为示例性示出的功率控制电路结构示意图之一；
图10为示例性示出的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为示例性示出的功率控制电路结构示意图。请参照图1，功率控制电路100包括交流电源模块110、功率模块120以及控制模块130。示例性的，交流电源模块110与功率模块120连接，交流电源模块110可用于为功率模块120功能。交流电源模块110中包括交流电源、第一开关元件、第二开关元件和/或采样装置。
功率模块120包括单路无桥PFC电路或多路无桥PFC电路。其中，每路PFC电路上包括至少一个电感元件、至少一个电容元件以及至少一对开关元件。
控制模块130连接交流电源模块110与功率模块120，控制模块130可用于基于交流电源模块110中的采样模块对电流采样后输出的采样信号，控制电流电源模块110中的第一开关元件和第二开关元件的导通和关闭，从而实现第一开关元件和第二开关元件的低频开关管控制。并且，控制模块130还可用于基于采样模块输出的采样信号，实现对第一开关元件和第二开关元件的雷击速断保护。以及，控制模块130还可用于基于采样输出模块输出的采样信号进行电流计量。
本申请实施例中的采样装置为大量程的采样装置，例如电阻或电流互感器(Current Transform，CT)、霍尔传感器、TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁电阻)等元件，本申请不做限定。本申请实施例中为增大电流检测范围，大量程采样装置的量程可以为额定量程的至少二倍，例如能够检测到高达100A的雷击电流，使得采样装置在检测到雷击电流的同时，不会造成装置损坏。采样装置可稳定输出采样信号，使得控制模块130可获得准确的采样结果，并基于采样结果执行雷击速断保护。并且，大量程的采样装置在增大电流检测范围的同时，可兼顾输入电流幅值内的电流计量精度，从而可以减少PCB板的占用面积。
下面结合图2a，对图1的功率控制电路结构进行详细说明。请参照图2a，示例性的，交流电源模块110包括交流电源、第一开关元件S1、第二开关元件S2、采样装置等。需要说明的是，在本申请实施例中，第一开关元件也可以是S2，第二开关元件可以为S1，本申请不做限定。
请参照图2a，示例性的，采样装置的一端连接交流电源，采样装置的另一端分别连接控制模块130和功率模块130。S1的一端连接交流电源，S1的另一端连接功率模块120。可选地，S1连接功率模块120中的开关元件S1H。S2的一端连接交流电源，S2的另一端连接功率模块120。可选地，S2连接功率模块120中的开关元件S1L。采样装置可对电流信号进行采样，以得到采样信号。可选地，采样装置采集的信号可以包括流经采样装置的电流，还可以包括其他信号，例如可以包括电流所产生的电场等，本申请不做限定。
仍参照图2a，本申请实施例中以两路无桥PFC电路为例进行说明，两路无桥PFC电路的两个桥臂错相180度工作。功率模块120中的一路PFC电路包括电感元件L1、一对开关元件(包括开关元件S1H和S1L)、以及电容元件Cpfc。L1的一端连接采样装置，另一端分别通过S1H连接Cpfc，且通过S1L连接Cpfc。功率模块120中的另一路PFC电路包括电感元件L2、一对开关元件(包括开关元件S2H和S2L)、以及电容元件Cpfc。L2的一端连接采样装置，另一端分别通过S2H连接Cpfc，且通过S2L连接Cpfc。
示例性的，控制模块130的输入端连接采样模块，用于接收采样模块输出的采样信号。控制模块130的输入端还可以与S1H、S1L、S2H、S2L、S1与S2的栅极连接，以控制各开关元件导通与关断。可选地，控制模块与各开关元件之间的连接为信号连接。
示例性的，本申请实施例中的各开关元件，例如S1H、S1L、S2H、S2L、S1与S2可以为绝缘栅器件，例如绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、碳化硅SiC晶体管或氮化镓GaN晶体管等，本申请不做限定。
图2b为示例性示出的另一种功率控制电路，请参照图2b，示例性的，图2b中的交流电源模块110除包括采样装置、开关元件以及电源之外，可选地，还包括保护装置1以及保护装置2。示例性的，保护装置1的一端分别连接S1与功率模块120，另一端分别连接保护装置2与采样装置。可选地，保护装置1连接功率模块120中的开关元件S1H。保护装置2的一端分别连接S2与功率模块120，另一端分别连接保护装置2与采样装置。可选地，保护装置2连接功率模块120中的开关元件S1L。保护装置1与保护装置2可在雷击电流流过时，保护功率模块中的电感元件不被雷击电流损坏。其他未描述部分可参照图2a的相关描述，此处不再赘述。
图3为示例性示出的控制模块130的结构示意图。请参照图3，控制模块130包括但不限于：一级滤波器310、第一逻辑电路320、第二逻辑电路330、第三逻辑电路340以及控制单元350。
其中，一级滤波器310的输入端连接采样装置，一级滤波器的输出端分别连接第一逻辑电路320、第二逻辑电路330以及第三逻辑电路340。大量程采样装置对电流信号进行采样，得到电压信号，即为采样信号。需要说明的是，采样装置的采集的信号可以是流经采样装置的电流信号，例如可以是电源输入采样装置的电流信号。可选地，采集的信号也可以是非流经采样装置的电磁信号，本申请不做限定。
采样装置将采样信号输出至一级滤波器310。一级滤波器310的输入端接收采样信号，并对采样信号进行滤波，并将滤波后的采样信号输出至第一逻辑电路320、第二逻辑电路330以及第三逻辑电路340。
示例性的，第一逻辑电路320包括比较单元，本申请实施例中以比较单元为比机器为例进行说明。在其他实施例中，比较单元也可以是其它可实现本申请实施例中的比较器的作用的器件，本申请不做限定。示例性的，比较器其一端连接一级滤波器310，另一端连接控制单元340中的雷击速断保护单元。比较器的输入端接收一级滤波器310输入的信号(即一级滤波器310处理后的采样信号)。比较器设置有阈值，所述阈值用于指示当信号(指电压值)大于或等于阈值，输出高电平，当信号小于阈值，输出低电平。当比较器检测到一级滤波器输入的信号大于或等于阈值，则向雷击速断保护单元输出高电平，当比较器检测到一级滤波器输入的信号小于阈值，则向雷击速断保护单元输出低电平。雷击速断保护单元，可基于比较器输入的电平，判断流过采样装置的信号是否为雷击浪涌信号。例如，当雷击速断保护单元接收到的是高电平，则可确定流经采样装置的信号为雷击浪涌信号。当雷击速断保护单元接收到的是低电平，则可确定流经采样装置的信号非雷击浪涌信号。示例性的，当雷击速断保护单元确定流过采样装置(也可以理解为流过无桥PFC电路)的电流为雷击浪涌信号，雷击速断保护单元关断S1与S2中当前处于导通状态的开关元件，从而实现雷击速断保护，以避免电流过大造成器件损坏。具体实现将在下面的实施例中详细说明。需要说明的是，本申请实施例中比较器向雷击速断保护单元指示雷击浪涌信号的方式仅为示意性举例，比较器还可以通过其它方式向雷击速断保护单元指示其比较结果，本申请不做限定。
第二逻辑电路330包括信号放大器，信号放大器的一端连接一级滤波器310，另一端连接控制单元340中的低频管开关控制单元。信号放大器用于将一级滤波器310输入的信号进行放大，并将放大后的信号输出至低频管开关控制单元。低频管开关控制单元设置有第一阈值和第二阈值，第一阈值用于指示导通第二开关元件S2，且关断第一开关元件S1。第二阈值用于指示导通第一开关元件S1，且关断第二开关元件S2。当然，在其他实施例中，第一阈值也可以用于指示导通第一开关元件S1，且关断第二开关元件S2。第二阈值用于指示导通第二开关元件S2，且关断第一开关元件S1，本申请不做限定。低频管开关控制单元检测到信号放大器输入的信号大于或等于第一阈值，则导通第一开关元件S1，且关断第二开关元件S2。低频管开关控制单元检测到信号放大器输入的信号小于或等于第二阈值，则导通第二开关元件S2，且关断第一开关元件S1。低频管开关控制单元检测到信号放大器输入的信号小于第一阈值且大于第二阈值，关断处于导通状态的第一开关元件S1或第二开关元件S2。从而实现第一开关元件与第二开关元件的零电压开关(ZeroVoltage Switch，ZVS)导通，以减小功率器件的导通损耗和关断损耗。需要说明的是，在本申请实施例中，低频管开关控制单元的第一阈值与第二阈值实际上可以理解为：第一阈值是输入电流负半周期对应的阈值，第二阈值是输入电流正半周期对应的阈值(也可以是第一阈值对应正半周期，第二阈值对应负半周期，本申请不做限定)，第一阈值与第二阈值的绝对值是相同的，例如，第一阈值为Vth-，第二阈值为Vth+，其两者的绝对值相同。低频管开关控制单元在输入电流的负半周期，基于第一阈值进行判断。示例性的，当采样信号大于或等于第一阈值(Vth-)，即导通第一开关元件S1，且关断第二开关元件S2。当采样信号小于第一阈值(Vth-)，关断第一开关元件S1。低频管开关控制单元在输入电流的正半周期，基于第二阈值进行判断。示例性的，当采样信号大于或等于第二阈值(Vth+)，即导通第二开关元件S2，且关断第一开关元件S1。当采样信号小于第二阈值(Vth+)，关断第二开关元件S1。需要说明的是，本申请实施例中所述的输入电流正半周期可选地为交流电源的电流从正极流向负极，负半周期可选地为交流电源的电流从负极流向正极。
示例性的，第二逻辑电路330中的信号放大器的放大倍数小于第三逻辑电路340中的信号放大器的倍数。示例性的，低频管开关控制的检测范围通常在0～3.3V(即额定工作量程)之间，低频管开关控制的需求一般是需要满足大量程即可，其对精度的要求低，也就是说，低频管开关控制的需求为大量程、低精度，本申请实施例中通过设置大量程的采样装置，可对超过额定量程的信号进行检测，再通过具有更小的放大倍率信号放大器将信号放大，使得大电流的峰值电压能够落在低频管开关控制单元的检测范围之内，从而满足低频管开关控制的大量程、低精度的需求。
第三逻辑电路340包括信号放大器与二级滤波器，信号放大器的一端连接一级滤波器，另一端连接二级滤波器。信号放大器用于将一级滤波器310输入的信号进行放大，并将放大后的信号输出至二级滤波器。示例性的，如上文所述，第三逻辑电路340中的信号放大器的放大倍率较大，通常情况下，受电流计量单元所在的控制单元器件(例如单片机)限制，其检测的范围通常为0～3.3V，本申请实施例中通过采用较大放大倍率的信号放大器，将信号进行放大，可有效提升电流计量单元的计量精度，从而满足电流计量的小量程，高精度的需求。需要说明的是，本申请实施例中的信号放大器的放大倍率的具体数值可根据连接的后级器件的需求进行设置，具体数值可根据实际需求设置，本申请不做限定。仍参照图3，示例性的，二级滤波器的一端连接信号放大器，另一端连接控制单元350中的电流计量单元。二级滤波器用于对信号放大器输入的信号进行滤波，以得到更加接近正弦的波形，并将处理后的信号输出至电流计量单元。电流计量单元对二级滤波器输入的信号进行电流计量。
示例性的，控制单元还包括三角形电流模式(Triangular Current Mode，TCM)控制器、电流连续模式(Continuous Current Mode，CCM)控制器或临界模式(Critical Mode，CRM)控制器等，本申请不做限定。本申请实施例中以控制单元350包括TCM控制器为例进行说明，TCM控制器可控制功率模块120中的各开关元件导通与关断，以实现单向开关元件的ZVS，并减小功率器件的导通损耗和关断损耗。
示例性的，控制单元可以由分立元件组成或者是逻辑器件，例如复杂可编程逻辑器件(Complex ProgrammableLogic Device，CPLD)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。可选地，本申请实施例中的控制模块中涉及到的“连接”为“信号连接”。例如，第一逻辑电路可与雷击速断保护单元的连接为信号连接。
示例性的，本申请实施例中的各滤波器可以是无源滤波器或者有源滤波器。无源滤波器可以为RC滤波，有一阶、多阶，π型滤波器等多种形式。有源滤波器主要使用信号放大器等有源器件，配合阻容参数进行信号滤波，有一阶、多阶，π型滤波器、切比雪夫滤波器、巴特沃斯滤波器等多种形式，本申请不做限定。
示例性的，本申请实施例中的功率控制电路可以应用在功率控制装置中。可选地，功率控制装置可以为AC/DC(Alternating Current(交流电流)/Direct Current(直流电流))模块。功率控制装置还可以是刀片电源等，本申请不做限定。功率控制装置包括输入端口和输出端口，输入端口用于接收电源模块输入的电流，电流可选地为交流电流，电流电流可以为市电。功率控制装置中的功率控制电路可基于本申请实施例所述的方法，对接收到的电流进行处理。并且，功率控制装置可将电流输出至负载设备，其中，功率控制装置输出的电流为直流电流。
结合图3，下面对本申请实施例中的无桥PFC电路的控制方法进行详细说明。图4为示例性示出的时序图。请参照图4，交流电源向采样装置310输入电流信号，电流信号为正弦信号，并且交流电源左正右负。下面先对低频管开关控制方案进行说明，需要说明的是，虽然下文中是分别对低频管开关控制、雷击速断保护以及电流计量进行说明的，但实际上控制模块中的三个单元是同时工作的，下文中不再重复说明。
示例性的，采样装置310对电流信号进行采样后，将采样信号输出至第二逻辑电路330。第二逻辑电路330对采样信号进行处理后，将信号输出至低频管开关控制单元。示例性的，如上文所述，低频管开关控制单元设置有第一阈值和第二阈值，在本申请实施例中，如图4所示，以第一阈值为Vth+，第二阈值为Vth-，且各开关元件为MOSFET为例进行说明。
请继续参照图4，在t0～t1时刻，低频管开关控制单元检测到的信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，即小于Vth+且大于Vth-。相应的，MOSFET S2和MOSFET S1处于关断状态。在t1～t2时刻，低频管开关控制单元检测到的信号的数值大于或等于第一阈值，相应的，低频管开关控制单元向MOSFET S2输出高电平，驱动MOSFET S2导通。示例性的，在t1～t2时刻，低频管开关控制单元控制MOSFET S1仍保持关断状态。
请参照图5a所示的等效电路图，示例性的，以功率模块130中的MOSFET S1L充当主管为例，在MOSFET S2导通时间内，电流回路依次经过采样装置、电感元件L1、MOSFET S1L和MOSFET S2。在t2～t4时刻，低频管开关控制单元检测到信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，即小于Vth+且大于Vth-，低频管开关控制单元向MOSFET S2输出低电平，驱动MOSFET S2关断。示例性的，在t2～t4时刻，低频管开关控制单元控制MOSFET S1仍保持关断状态。
请参照图5b的等效电路图，示例性的，在MOSFET S2的关断时间内，在t2～t3时刻，电流回路依次经过采样装置、电感元件L1、MOSFET S1L和MOSFET S2的体二极管。由于MOSFET S2的体二极管的反向恢复特性，会存在一定的反向恢复电流，利用这个反向恢复电流可拉通MOSFET S1的体二极管，从而实现MOSFET S2的零电压导通。请继续参照图5c，示例性的，在t3～t4时刻，即交流输入的负半周期，电流回路依次经过MOSFET S1的体二极管、MOSFET S1H、电感元件L1和采样装置。
仍参照图4，在t4～t5时刻，低频管开关控制单元检测到的信号的数值小于或等于第二阈值(即小于或等于Vth-)，相应的，低频管开关控制单元向MOSFET S1输出高电平，驱动MOSFET S1导通。示例性的，在t4～t5时刻，低频管开关控制单元控制MOSFET S2仍保持关断状态。请参照图5d所示的等效电路图，示例性的，在MOSFET S1导通时间内，电流回路依次经过MOSFET S1、MOSFET S1H、电感元件L1和采样装置。需要说明的时，本申请实施例中仅以功率模块130中的回路仅为示意性举例，实际路径可遵循TCM控制方法(也可以是CRM等其它控制方法)的实施方式，例如，在MOSFET S1导通时间内，电流回路可以是MOSFET S1、电容元件Cpfc、MOSFET S1L、电感元件L1和采样装置，本申请不再逐一举例说明。
请继续参照图4，示例性的，在t5～t7时刻，低频管开关控制单元检测到的信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，即，小于Vth+且大于Vth-。低频管开关控制单元向MOSFET S1输出低电平，驱动MOSFET S1关断。低频管开关控制单元控制MOSFET S2仍保持关断状态。相应的，在t5～t6时刻，电流回路经过MOSFET S1的体二极管、MOSFET S1H、电感元件L1和采样装置。在t6～t7时刻，电流回路依次经过采样装置、电感元件L1、MOSFET S1L和MOSFET S2。在t7～t8时刻，可参照t1～t0时刻，此处不再赘述。
下面对雷击速断保护方案进行详细说明。在本申请实施例中，第一逻辑电路320的比较器包括第一比较器和/或第二比较器，其中，第一比较器用于对输入电流的正半周期的电流进行检测，第一比较器设置有第一阈值，第一阈值用于指示流经交流源的电流为反相雷击电流，并指示第一比较器向雷击速断保护单元输出高电平。第二比较器用于对输入电流的负半周期的电流进行检测，第二比较器设置有第二阈值，第二阈值用于指示流经交流源的电流为反相雷击电流，并指示第二比较器向雷击速断保护单元输出高电平。示例性的，在输入电流的正半周期，第一比较器基于采样装置输入的采样信号与第一阈值比较，判断流经交流源的电流是否为反相雷击电流。一个示例中，若采样信号与交流电流反相，且超过第一阈值，则向雷击速断保护单元输出高电平。另一个示例中，若采样信号与交流电流同相，则向雷击速断保护单元输出低电平。示例性的，在输入电流的负半周期，第二比较器基于采样装置输入的采样信号与第二阈值比较。一个示例中，若采样信号与交流电流反相，且超过第二阈值，则向雷击速断保护单元输出高电平。另一个示例中，若采样信号与交流电流同相，则向雷击速断保护单元输出低电平。示例性的，雷击电流速断保护单元若接收到低电平，即确定流经交流源的电流非反相雷击电流，则不执行动作。若雷击电流速断保护单元接收到第一比较器或第二比较器输入的高电平，则雷击电流速断保护单元可确定流经交流源的电流为反向雷击电流，雷击电流速断保护单元关断当前处于导通状态的MOSFET S2或MOSFET S1，以避免开关元件损坏。
下面以具体示例对雷击速断保护方案进行详细说明，图6a为示例性示出的时序图，请参照图6a，在t0～t1时刻，MOSFET S2导通，MOSFET S1关断，具体实现可参照图4中的描述，此处不再赘述。假设在t1时刻，与交流电流同相的雷击电流流过采样装置，采样装置对电流进行采样后，将采样信号输出至第一逻辑电路320。第一逻辑电路320的第一比较器对采样信号与第一阈值进行比较，示例性的，采样信号与交流电流同相，相应的，第一比较器向雷击电流速断保护单元输出低电平，也就是说，当雷击浪涌电流的流向与交流电流的方向一致时，同相电流不会对器件造成损坏，雷击速断保护单元可不执行速断保护，即，t1～t2时刻仍按照图4中的时序图进行处理。需要说明的是，图6a中仅基于交流正半周期为例进行说明，在其它实施例中，若在负半周期流过同相的雷击电流，其处理方式与正半周期类似，即由第二比较器对采样信号进行比较，并向雷击电流速断保护单元输出低电平，此处不再赘述。
图6b为示例性示出的时序图，在该示例中，以正半周期流过反相雷击电流为例进行说明。负半周期的反相雷击电流与正半周期类似，本申请不再重复说明。请参照图6b，示例性的，在t0～t1时刻，MOSFET S2导通，MOSFET S1关断，具体实现可参照图4中的描述，此处不再赘述。假设在t1时刻，与交流电流同相的雷击电流流过采样装置，采样装置对电流进行采样后，将采样信号输出至第一逻辑电路320。第一逻辑电路320的第一比较器对采样信号与第一阈值进行比较，示例性的，采样信号与交流电流反相，相应的，第一比较器向雷击电流速断保护单元输出高电平。雷击电流速断保护单元响应于接收到的高电平，关断处于导通状态的MOSFET S2。
示例性的，请参照图7a，在t0～t1时刻，电流回路经过采样装置、电感元件L1、MOSFET S1L和MOSFET S2，其中，电流左负右正。当反相的雷击浪涌信号流过电路时(也可以称为雷击电流倒灌)，电流回路将经过MOSFET S2、保护装置2、采样装置，这样可能造成MOSFET S2损坏。仍参照图6b，本申请实施例中，在t1时刻，雷击速断单元控制MOSFET S2关断，同时MOSFET S1也处于关断状态。请参照图7b，示例性的，在t1时刻，MOSFET S2关断后，电流回路经过：MOSFET S2的体二极管、电容元件Cpfc、保护装置2和采样装置，从而保护电感元件与开关元件不被损坏。仍参照图6b，t1～t2时刻，MOSFET S2与MOSFET S1处于关断状态，在t2时刻，低频管开关控制单元检测到满足第二阈值(即小于或等于Vth-)，低频管开关控制单元控制MOSFET S1导通，t2时刻后的具体实现可参照图4的相关描述，此处不再赘述。
下面对本申请实施例中的电流计量方案进行详细说明。请参照图8，示例性的，采样装置对电流信号进行采样，得到采样信号(即电压信号)。采样信号经一级放大器310放大后，经第三逻辑电路340的信号放大器进行放大，再经过二级滤波器进行滤波，并输出至电流计量单元，通过采用倍率较大的信号放大器对信号进行放大，可有效提高电流计量单元的计量精度，从而满足电流计量对小量程、高精度的需求。
需要说明的是，本申请实施例中仅以两路无桥PFC电路为例进行说明，在其他实施例中，本申请实施例中的方案还可以应用于单路无桥PFC电路以及两路以上无桥PFC电路中，例如图9中所示的三路无桥PFC电路，其3个桥臂错相120度工作。
可以理解的是，电子设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件和/或软件模块。结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。
一个示例中，图10示出了本申请实施例的一种装置1000的示意性框图装置1000可包括：处理器1001和收发器/收发管脚1002，可选地，还包括存储器1003。
装置1000的各个组件通过总线1004耦合在一起，其中总线1004除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都称为总线1004。
可选地，存储器1003可以用于前述方法实施例中的指令。该处理器1001可用于执行存储器1003中的指令，并控制接收管脚接收信号，以及控制发送管脚发送信号。例如，接收管脚可以接收采样装置输出的采样信号。发送管脚可以用于发送控制信号，以控制开关元件的导通和关闭。
装置1000可以是上述方法实施例中的控制模块或控制模块所在的芯片。
其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，在此不再赘述。
本实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有计算机指令，当该计算机指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述相关方法步骤实现上述实施例中的方法。
本实施例还提供了一种计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述相关步骤，以实现上述实施例中的方法。
其中，本实施例提供的电子设备、计算机存储介质、计算机程序产品或芯片均用于执行上文所提供的对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果，此处不再赘述。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象，而不是用于描述目标对象的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个处理单元是指两个或两个以上的处理单元；多个系统是指两个或两个以上的系统。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (14)

1.一种功率控制电路，其特征在于，包括交流电源模块、功率模块和控制模块；
所述交流电源模块包括交流电源、采样模块、开关元件，所述交流电源为所述功率模块提供电能；所述采样模块对所述交流电源或所述功率模块输出至所述采样模块的电流信号进行采样，并将得到的采样信号输出至所述控制模块；
所述功率模块包括无桥功率因数校正PFC电路；
所述控制模块基于所述采样模块输出的所述采样信号，控制所述开关元件的导通与关断，并且，当所述采样信号包括雷击浪涌信号时，关断所述开关元件；以及，对所述采样信号进行电流计量。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括：
第一滤波单元，所述第一滤波单元连接第一逻辑电路、第二逻辑电路和第三逻辑电路，所述第一滤波单元对所述采样信号进行滤波；
雷击速断保护单元，所述雷击速断保护单元通过所述第一逻辑电路连接所述第一滤波单元；所述雷击速断保护单元当所述采样信号包括雷击浪涌信号时，关断所述开关元件；
低频管开关控制单元，所述低频管开关控制单元通过所述第二逻辑电路连接所述第一滤波单元；所述第二逻辑电路包括第一信号放大单元，所述第一信号放大单元对所述第一滤波单元滤波后的采样信号进行放大并输出至所述低频管开关控制单元；所述低频管开关控制单元用于基于所述第一信号放大单元放大后的采样信号，控制所述开关元件的导通与关断；
电流计量单元，所述电流计量单元通过所述第三逻辑电路连接所述第一滤波单元；所述第三逻辑电路包括第二信号放大单元和第二滤波单元，所述第二信号放大单元对所述第一滤波单元滤波后的采样信号进行放大并输出至所述第二滤波单元，所述第二滤波单元对所述第二信号放大单元放大后的采样信号进行滤波并输出至所述电流计量单元；所述电流计量单元用于对所述第二滤波单元滤波后的采样信号进行电流计量。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一逻辑电路包括比较单元；所述比较单元用于当所述采样信号包括雷击浪涌信号时，向所述雷击速断保护单元输出指示信息，所述指示信息用于指示所述采样信号包括雷击浪涌信号。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一信号放大单元的放大倍率大于所述第二信号放大单元的放大倍率。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关元件包括第一开关元件和第二开关元件；所述控制模块具体用于：
当所述电流信号处于负半周期时，若所述采样信号大于或等于第一阈值，导通所述第一开关元件，关断所述第二开关元件；若所述采样信号小于所述第一阈值，关断所述第一开关元件，所述第二开关元件处于关断状态；其中，所述电流信号处于所述负半周期时，所述交流电源的电流从负极流向正极；
当所述电流信号处于正半周期时，若所述采样信号大于或等于第二阈值，导通所述第二开关元件，关断所述第一开关元件；若所述采样信号小于所述第二阈值，关断所述第二开关元件，所述第一开关元件处于导通状态；所述第一阈值与所述第二阈值的绝对值相等；所述电流信号处于正半周期时，所述交流电源的电流从正极流向负极。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块还包括保护单元，当雷击浪涌信号流入所述功率控制电路时，所述保护单元、所述采样装置、所述开关元件以及所述交流电源构成的回路导通并传输所述雷击浪涌信号。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关元件的一端连接所述交流电源，所述开关元件的另一端连接所述功率模块；所述采样模块的一端连接所述交流电源，所述采样模块的另一端连接所述控制模块。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述采样模块为霍尔传感器、隧道磁电阻TMR传感器、电阻或电流互感器CT。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括三角形电流模式TCM控制器、电流连续模式CCM控制器或临界模式CRM控制器。
10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关元件为IGBT、MOSFET、SiC晶体管或GaN晶体管。
11.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述采样模块的量程为额定量程的至少二倍。
12.一种功率控制电路的控制方法，其特征在于，所述功率控制电路包括交流电源模块、功率模块和控制模块；所述交流电源模块包括交流电源、采样模块、开关元件，所述交流电源为所述功率模块提供电能；所述功率模块包括无桥功率因数校正PFC电路；所述方法包括：
所述采样模块对电流信号进行采样，并将得到的采样信号输出至所述控制模块；
所述控制模块基于所述采样模块输出的所述采样信号，控制所述开关元件的导通与关断，并且，当所述采样信号包括雷击浪涌信号时，关断所述开关元件；以及，对所述采样信号进行电流计量。
13.一种功率控制装置，其特征在于，包括输入端口、输出端口和如权利要求1至11任一项所述的功率控制电路；
所述输入端口用于接收电源模块输出的电流并传输给所述功率控制电路；
所述输出端口用于将所述功率控制电路输出的电流传输至负载设备。
14.一种芯片，其特征在于，包括：
一个或多个接口电路和一个或多个处理器；
所述接口电路用于从存储器接收信号，并向所述处理器发送所述信号，所述信号包括存储器中存储的计算机指令；
所述接口电路还用于接收采样模块输出的采样信号，所述采样信号为所述采样模块对交流电源或功率模块输出至所述采样模块的电流信号进行采样得到的；所述功率模块包括无桥功率因数矫正PFC电路；
当所述处理器执行所述计算机指令时，执行权利要求1至11任一项中的控制模块所执行的步骤。
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