CN2777841Y

CN2777841Y - 全桥脉宽调制移相控制器

Info

Publication number: CN2777841Y
Application number: CN 200420107229
Authority: CN
Inventors: 李瑞莲; 丁杰; 冉好思
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2014-10-27

Abstract

本实用新型涉及一种用于电源电路中的全桥脉宽调制移相控制器，为解决传统全桥PWM控制电路不能胜任复杂大功率控制电路的问题，本实用新型用智能CPU和移相控制器来替代传统的桥式移相专用芯片，所述移相控制单元由一个非门及两个触发器Z1、Z2组成；可将智能CPU所输入的一个输入PWM信号转换为四个全桥PWM信号，每一个触发器的第一输出端(Q)和第二输出端(/Q)分别通过一个隔离驱动单元向相应的开关管输出驱动控制信号；通过调节智能CPU所输出的PWM信号的占空比，可调节电源的电压、电流；再根据整个电源电路的工作方式、电压反馈、电流反馈、温度反馈等因素，可进一步调整其PWM输出信号，以实现对大功率全桥PWM电源的复杂控制。

Description

全桥脉宽调制移相控制器

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域中的电源技术，更具体地说，涉及用于电源电路中的一种全桥PWM(脉宽调制)移相控制电路。

背景技术

目前，大功率电源通常采用全桥PWM控制方式来实现，如图1所示，在此类大功率电源中，通常先由开关管电路(由开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成)将直流电源逆变为交流电电源，然后经变压器M1将电压调整到所述变压，再经整流电路(由二极管D1、D2)进行整流，最后经滤波电路(由电感L1和电容C1组成)处理后向负载RL输出直流电源，并通过电流反馈环路、电压反馈环路、温度补偿环路和电源的相关参数设定来控制输出电源的电源或电流。在全桥PWM控制方式中，通常采用专用的全桥控制芯片来实现。

但是，在一些控制较为复杂的场合下，如大功率电池充电电源中，需要根据电池的充电曲线来输出相应的控制信号：在充电的初期，需要输出小恒流限压控制方式；在充电的中期，需要输出大恒流限压的控制方式；在充电的末期，则需采用浮充充电方式。其中，每一种的充电方式和控制方式都有所不同，在电池的容量和电池组的组数发生改变后，其充电方式和控制方式也会相应地发生改变，在电池的环境温度发生改变后，其浮充输出电压还要通过相应的温度补偿来控制浮充电压。而传统的全桥PWM控制电路难以胜任较为复杂的大功率控制电路，比如，用传统的PWM移项专用控制芯片UC3875电路，其控制回路靠电源输出电源的电压、电流反馈来实现一定的电压、电流控制，在其外围要增加相关的比较器和运算放大器等器件进行调整，但要实现电池充电过程中的三个过程(A、初期小恒流限压过程，B、中期大恒流限压过程，C、末期的恒压限流过程)，而且又要考虑温度补偿等因素，则基本上不可能实现，而是只能作一些简单的限流限压的控制方式，这样就会产生在充电初期由于限压较大，充电的速率提会不高，充电时间会延长；在充电末期则限流较大，不能满足涓流充电的控制方法，而容易充坏电池。

当外部的电池组的容量改变时，相关的电池限流点都会相应的改变，用传统的PWM移项专用控制芯片UC3875电路只能改变外围电路才能够实现充电功能。这样就会限制电池组的使用。

发明内容

本实用新型提供一种全桥脉宽调制移相控制器，以解决传统全桥PWM控制电路不能胜任复杂大功率控制电路的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全桥脉宽调制移相控制器，其中包括智能CPU和与之连接的移相控制单元；所述智能CPU向所述移相控制单元输出一个脉宽调制(PWM)信号和一个复位(RES)信号；所述移相控制单元由一个非门及两个触发器Z1、Z2组成；所述复位信号分别输入到所述两个触发器的复位信号输入端；所述脉宽调制信号直接输入到第一触发器Z1的时钟信号输入端，并通过所述非门后输入到第二触发器Z2的时钟信号输入端；每一个触发器的第二输出端(/Q)与其信号输入端(D)连接；所述两个触发器的第一输出端(Q)和第二输出端(/Q)共输出四路开关管控制信号、以分别控制电源电路中的四个开关管。

本实用新型中，每一个触发器的第一输出端(Q)和第二输出端(/Q)可分别通过一个隔离驱动单元向相应的开关管输出驱动控制信号；所述隔离驱动单元中可采用光耦器件实现隔离驱动。

本实用新型中，所述智能CPU可通过其IO口与人机界面设备或其他通讯设备连接，以接收控制信号和设备数据；此外，还可设置输入端与所述电源电路的输出端连接、输出端与所述智能CPU的第一AD输入口连接的电压反馈环路，输入端与所述电源电路的输出端连接、输出端与所述智能CPU的第二AD输入口连接的电流反馈环路，以及输入端与所述智能CPU的第三AD输入口连接、用于感应环境温度的温度补偿单元。

本实用新型用智能CPU和移相控制器来替代传统的桥式移相专用芯片，采用智能CPU方式控制全桥PWM电源，通过智能CUP方式进行电压、电流的采样和比较，并通过移相控制单元把一个输入PWM信号转换为四个全桥PWM信号；通过调节智能CPU所输出的PWM信号的占空比，可调节电源的电压、电流；再根据整个电源电路的工作方式、电压反馈、电流反馈、温度反馈等因素，可进一步调整其PWM输出信号，以实现对大功率全桥PWM电源的复杂控制。针对不同的使用条件，只需通过键盘或通讯接口改变相关的参数即可实现新的功能，而外围器件完全不用动。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型PWM全桥移相控制电路的原理框图；

图2是图1中所示移相控制单元的内部原理图；

图3是图1中所示隔离驱动单元的电路图；

图4是图1中所示PWM全桥移相控制电路的工作时序波形图。

具体实施方式

本实用新型的一个优选实施例如图1至图4所示。如图1所示，本实用新型的全桥脉宽调制移相控制器，包括智能CPU和与之连接的移相控制单元；所述智能CPU向移相控制单元输出一个脉宽调制(PWM)信号和一个复位(RES)信号；如图2所示，移相控制单元由一个非门及两个触发器Z1、Z2组成；复位信号分别输入到两个触发器的复位信号输入端；脉宽调制信号直接输入到第一触发器Z1的时钟信号输入端，并通过非门后输入到第二触发器Z2的时钟信号输入端；每一个触发器的第二输出端(/Q)与其信号输入端(D)连接；两个触发器的第一输出端(Q)和第二输出端(/Q)共输出四路开关管控制信号、以分别控制电源电路中的四个开关管。

在图1中，PWO+和POW-是输入的电源直流，可以通过AC/DC直流滤波方式来得到。该全桥PWM移相控制电路的控制核心是智能CPU单元，它可以是单片机系统、DSP系统和计算机CPU系统，具体实施时，可采用Intel196芯片，或采用DSP芯片TMS320F240等。从图中可以看出，该智能CPU具有IO输入输出口、多个AD输入口、一个PWM输出、一个RES输出。其IO输入输出口可组成通讯接口或人机界面，让用户可控制和设置相应的电源工作方式，并进行一些参数设置。该智能CPU可根据整个电源电路的工作方式、电压反馈、电流反馈、温度反馈等因素来调整其PWM输出信号及RES输出信号，再通过移相控制单元和隔离驱动单元去控制相应的开关管。

如图2所示，移相控制单元由一个非门和两个触发器Z1、Z2组成，每一个触发器的输入端(D)与其第二输出端(/Q)连接智能CPU输出的PWM信号直接给触发器Z1提供时钟输入，并通过一个非门后为触发器Z2提供时钟输入。当RES信号为低电平时，PWM信号的上升沿会使触发器Z1的输出状态翻转一次，PWM信号的下降沿会使Z2的输出状态翻转一次，每一个触发器输出两路状态正好相反的信号。四路输出信号分别通过一个隔离驱动单元去控制相应的桥式开关管Q1、Q2、Q3、Q4。

如图3所示，本实施例中采用的是光耦隔离驱动，当第一路开关管控制信号PWH1L为低电平时，光耦会向相应的开关管Q1输出高电平，使开关管Q1导通；反之，当第一路开关管控制信号为高电平时，光耦向相应的开关管Q1输出低电平，此时开关管Q1被关断。其余各隔离驱动单元的原理与之相同。当然，具体实施时，还可以采用其他隔离驱动电路。

如图4所示，当RES信号为高电平时，触发器Z1输出的PWM1H为高电平，PWM1L为低电平，此时开关管Q1导通，Q2截止，变压器初级UT2为0电平；触发器Z2输出的PWM2L为高电平，PWM2H为低电平，此时开关管Q3导通，Q4截止，变压器初级UT1为0电平；所以，变压器M1的初级电压为0V，此时无电源输出。

当RES信号为低电平后，在T1时刻，PWM的下降沿使触发器Z2的状态发生翻转，PWM2H为高电平，PWM2L为低电平，此时Q4导通，Q3截止，变压器初级UT1为高电平VIN；在T1时刻，触发器Z1的状态不翻转，UT2保持0电平；如图4最上部的波形图所示，此时，变压器初级的电平为正向输入UT电压VIN。

同理，在T2时刻，触发器Z1的状态发生翻转，Q2导通，Q1截止，UT2电平为VIN；触发器Z2的状态保持不变，UT1电平为VIN；此时，变压器初级输入电平为0V；在T3时刻，触发器Z1的状态保持不变，触发器Z2的状态发生翻转，UT1为0电平，UT2为VIN，变压器初级电压为-VIN；在T4时刻，触发器Z2的状态保持不变，触发器Z1的状态发生翻转，UT1、UT2都为0电平，变压器初级的输入为0V。

从图4可以看出，从T1～T5，PWM输入信号经过了两个周期，在此期间，变压器初级的电压变化为VIN→0→-VIN→0，也就是变化了一个周期。当PWM信号的频率f固定、且占空比恒定时，变压器初级的输入信号的周期为f/2，在一个周期内，变压器初级的输入信号的高电平时间(T2-T1)和低电平的时间(T4-T3)是相等的；开关管Q1、Q2、Q3、Q4的开启完全满足桥式移相的波形。

在PWM信号的频率固定的情况下，可调整ΔT＝T2-T1的大小，当ΔT增加时，变压器初级的等效输入电压也相应增加，如负载RL恒定，则其输出的电流和电压也相应增加；同理，当ΔT减少时，变压器初级的等效输入电压相应减小，输出的电压和电流也相应减小。因此，可通过调整智能CUP输出的PWM信号的占空比来控制输出的电压和电流，以达到电源输出控制的目的。

用图1所示的电源给48V/600AH的铅酸电池组充电时，在充电的初期的小恒流阶段，可以把充电电流控制在0.1C，即60A，输出限压控制在62V以下；在充电的中期的大恒流阶段，输出的充电电流可以控制在0.16C，即96A，输出限压控制在59V；在充电末期的限压恒流阶段，输出限压为56V(在25℃条件下，其他温度条件下的输出限压点需要根据电池参数和环境温度进行计算)，正样能够保证电池的充电速度既快又安全，而且不会出现充电不满和过充现象。

当输出电池的容量改为48V/300AH，而其他参数不变时，通过键盘或通讯接口改变电池容量的参数，把电池容量由600AH改为300AH，即可马上实现48V/300AH的充电电池功能，而其他参数和外围电流不需要作任何调整。

Claims

1、一种全桥脉宽调制移相控制器，其特征在于，包括智能CPU和与之连接的移相控制单元；

所述智能CPU向所述移相控制单元输出一个脉宽调制(PWM)信号和一个复位(RES)信号；

所述移相控制单元由一个非门及两个触发器Z1、Z2组成；所述复位信号分别输入到所述两个触发器的复位信号输入端；所述脉宽调制信号直接输入到第一触发器Z1的时钟信号输入端，并通过所述非门后输入到第二触发器Z2的时钟信号输入端；每一个触发器的第二输出端(/Q)与其信号输入端(D)连接；所述两个触发器的第一输出端(Q)和第二输出端(/Q)共输出四路开关管控制信号、以分别控制电源电路中的四个开关管。

2、根据权利要求1所述的全桥脉宽调制移相控制器，其特征在于，每一个触发器的第一输出端(Q)和第二输出端(/Q)分别通过一个隔离驱动单元向相应的开关管输出驱动控制信号。

3、根据权利要求2所述的全桥脉宽调制移相控制器，其特征在于，所述隔离驱动单元中采用光耦器件实现隔离驱动。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的全桥脉宽调制移相控制器，其特征在于，还包括与所述智能CPU的IO口连接的通讯接口。

5、根据权利要求4所述的全桥脉宽调制移相控制器，其特征在于，其中还包括：输入端与所述电源电路的输出端连接、输出端与所述智能CPU的第一AD输入口连接的电压反馈环路，以及，输入端与所述电源电路的输出端连接、输出端与所述智能CPU的第二AD输入口连接的电流反馈环路。

6、根据权利要求5所述的全桥脉宽调制移相控制器，其特征在于，还包括输入端与所述智能CPU的第三AD输入口连接、用于感应环境温度的温度补偿单元。