一种动态死区控制方法、钳位电路、芯片及车辆与流程

1.本发明涉及车载电源优化技术领域，特别涉及一种动态死区控制方法、钳位电路、芯片及车辆。


背景技术：

2.提高电源产品的可靠性一直是电源工作者孜孜不倦的追求，尤其降低电子开关器件的电压应力对电源产品的可靠性至关重要。进而为了防止主功率开关器件与有源钳位管直通现象的发生，主功率开关器件和有源钳位管的驱动信号之间需要添加死区。通常固定一个具体死区来防止同步整流管与有源钳位管发生直通。而这种方式的不利结果如下：a)器件参数差异性，无法保证电源产品在不同输入电压及不同输出负载条件下的可靠性；b)死区大小的固定性，也无法保证电源产品在不同输入电压及不同输出负载条件下，钳位管损耗最优；c)死区大小的固定性，在电源产品启机阶段，由于实际有效占空比小，从而导致钳位管驱动无法正常输出，进而无法保证同步整流管电压应力的可靠性。
3.为了解决上述问题，现有技术提出了分段死区的控制方式，可有效解决启机阶段钳位管驱动无法正常输出问题，从而降低了启机状态下的主功率开关器件电压应力，进而提高了电源产品的可靠性。然而该方式对不同输入电压和不同负载需要设置不同的死区，且需多次测试总结，增加了设计的难度和时间成本。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是实现对不同输入输出工况下固定死区时间的控制，从而有效提高主功率开关器件及钳位管的可靠性，进而节省电源产品的设计时间，提高开发的设计效率。
5.本发明实施例公开了一种动态死区控制方法，其包括：给定初始死区；启动电源，并采集参数信息；基于参数信息计算第三阶段持续时间；基于初始死区和第三阶段持续时间确定实际死区。
6.进一步地，基于初始死区和第三阶段持续时间确定实际死区的步骤中，包括：基于第三阶段持续时间确定期望死区，并判断期望死区与初始死区的大小；若期望死区大于或等于初始死区，则确定实际死区为期望死区；若期望死区小于初始死区，则确定实际死区为初始死区。
7.具体地，基于第三阶段持续时间确定期望死区的步骤中，包括：预设钳位管固定时间；基于钳位管固定时间与第三阶段持续时间确定期望死区，其中，期望死区为钳位管固定时间与第三阶段持续时间之和。
8.进一步地，基于参数信息计算第三阶段持续时间的步骤中，包括：基于输入电压、输出电压、输出电流确定第三阶段持续时间。
9.本发明实施例还进一步公开了一种钳位电路，包括：电路模块，电路模块包括功率单元和钳位吸收单元；控制模块，控制模块包括初始化单元、启动单元、采集单元和死区确
定单元，初始化单元用于给定初始死区；启动单元用于响应启动信号并启动电源；采集单元用于采集电路模块的参数信息；死区确定单元用于基于参数信息计算第三阶段持续时间，还用于基于初始死区和第三阶段持续时间确定实际死区。
10.进一步地，功率单元包括第一功率电路、变压器和第二功率电路，变压器设置于第一功率电路和第二功率电路之间，钳位吸收单元并联设置于第二功率电路上。
11.具体地，第一功率电路中具有输入电感，输入电感为谐振电感或变压器漏感。
12.具体地，第二功率电路为全桥整流电路或倍流整流电路。
13.进一步地，钳位吸收单元包括至少一组钳位吸收电路，钳位吸收电路包括依次串联设置的钳位电容、钳位开关以及钳位二极管。
14.具体地，钳位吸收电路还包括与钳位电容相互串联的钳位电阻。
15.进一步地，死区确定单元还用于基于第三阶段持续时间确定期望死区，并判断期望死区与初始死区的大小；死区确定单元响应于期望死区大于或等于初始死区，则确定实际死区为期望死区；死区确定单元响应于期望死区小于初始死区，则确定实际死区为初始死区。
16.具体地，死区确定单元还用于预设钳位管固定时间；还用于基于钳位管固定时间与第三阶段持续时间确定期望死区，其中，期望死区为钳位管固定时间与第三阶段持续时间之和。
17.此外，本发明实施例还公开了一种芯片和车辆，其中的芯片包括芯片本体；该芯片本体光刻或制备有上述的钳位电路。
18.进一步地，上述芯片本体的加工制程可包括单片/板微处理器或可编程单元mcu(microprogrammed control unit或microcontroller unit)、可控门阵列fpga(fieldprogrammable gate array)、可编程逻辑器件cpld(complex programmable logicdevice)、数字信号处理器dsp(digital signal processing)等工艺或产品中的至少一种。
19.本发明实施例公开的电路、芯片或车辆采用控制模块根据不同输入输出工况环境下做出对死区时间的动态调整，从而有效提高了电源拓扑的可靠性。
附图说明
20.本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
21.图1为本发明实施例动态死区控制方法的流程示意图；
22.图2为本发明实施例钳位电路的结构框图；
23.图3为本发明实施例电路模块的示意图之一；
24.图4为本发明实施例电路模块的示意图之二；
25.图5为本发明实施例基于图3电路的vpt信号的工作控制时序波形；
26.图6为本发明实施例基于图3电路的ilo信号的工作控制时序波形。
27.图标：110-电路模块；120-控制模块；111-第一功率电路；112-变压器；113-第二功率电路；114-钳位吸收电路。
具体实施方式
28.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
29.应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换词语。
30.如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
31.本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
32.实施例
33.图1为本发明实施例动态死区控制方法的流程示意图。
34.如图1所示。本发明提供的动态死区控制方法，其包括：
35.步骤s200，给定初始死区。
36.在一些实施例中，给定钳位开关器件与主功率开关器件初始死区tc，可以保证钳位开关器件和主功率开关器件不会发生直通现象，进而避免损坏电路元器件。
37.步骤s210,启动电源，并采集参数信息。
38.其中，可以使用采样电路采集该参数信息。
39.步骤s220,基于参数信息计算第三阶段持续时间。
40.其中，参数信息至少包括输入电压、输出电压以及输出电流。
41.请参照图1、图3、图5和图6。
42.如图3所示，图示中的vin为输入电压；s1、s2、s3、s4为原边开关器件；t为原边和副边的隔离变压器，原边和副边的变压器匝比nt＝n1:n2；lm为变压器元年励磁电感；lr为原边串联谐振电感或变压器t漏感；cr为原边串联隔直电容；vab为s1、s2、s3、s4桥臂中点电压；vpt为变压器励磁电感；lm为两端的电压；s5、s6为副边开关器件；s7、s8为钳位开关器件；d1、d2为钳位二极管；c1、c2为钳位电容；r1为钳位电阻；lo为输出电感；co为输出滤波电容；ilo为输出电感电流波形；δi为输出电感电流纹波；io为输出负载电流；ilr为谐振电感lr电流波形；tc为初始死区；t
23
为第三阶段持续时间，即影响设置钳位开关器件的死区因素。
43.其中，图3电路的主要工作控制时序波形见图5和图6，简述工作过程如下：
44.阶段i[t0-t1]：t0时刻，s1、s4、s5导通，s6关断，参见图5示意图vpt信号及图6示意图ilo信号，此时变压器t原边励磁绕组lm电压vpt建立，向输出侧传递能量，则输出电感lo
电流线性增加直到t1时刻。在t0时刻的输出电感lo上电流满足公式(1)，不考虑励磁绕组lm上小的励磁电流，则此时对应的原边侧谐振电感lr上的电流ilr，满足公式(2)，且t0至t1持续时间t
01
满足公式(3)；
[0045][0046][0047][0048]
阶段ii[t1-t2]：t1时刻，s1关断，经历一段死区时间，s2导通，则变压器t原边励磁绕组lm电压vpt将为0，原边侧vin停止向输出侧提供能量，输出侧电感lo电流通过开关器件s5续流，则电感电流ilo线性下降。不考虑励磁绕组lm上小的励磁电流，在t1时刻的输出电感lo上电流ilo及谐振电感lr上的电流ilr分别满足公式(4)、(5)。假设t1至t2持续时间设定为t
12
。则t
12
满足公式(6)
[0049][0050][0051][0052]
阶段iii[t2-t3]：t2时刻，s4、s5关断，则功率电路1桥臂中点电压vab由0变为-vin电压，而此时变压器t原边励磁绕组lm电压vpt仍为0，即输入vin电压全部加在谐振电感lr上，则谐振电感lr的电流减小，回馈到输入电压vin端。直到t3时刻，谐振电流lr的方向改变。假设t2至t3持续时间设定为t
23
,即第三阶段持续时间。由且图6可知，t3时刻，输出电感lo电流幅值ilo满足公式(1)，则对应的原边侧谐振电感lr上的电流ilr幅值同样满足公式(2)。综上t
23
满足公式(7)，且t
23
同时满足公式(8)：因此可最终得到t
23
满足公式(9)：
[0053][0054][0055][0056]
联立公式(3)、公式(9)可得公式(10)：
[0057][0058]
其中，t
23
为第三阶段持续时间、io为输出电流、lo为输出电感、ts为周期时间、vo为
输出电压、nt为变压器匝比、vin为输入电压、lr为输入电感。
[0059]
从上述工作过程可知，由于谐振电感lr的存在，t
23
时间内的变压器t原边励磁绕组lm电压vpt＝0；从而在开关器件s5、s6的电压应力也存在t
23
时间内的丢失；且从阶段iii[t2-t3]过程知，开关器件s5的驱动关断，从而若不考虑t
23
时间，设置钳位开关器件s7、s8与功率开关器件s5、s6的死区，将导致钳位开关器件s7、s8在t
23
时间内提前导通，则开关器件s5、s6及钳位关器件s7、s8将产生不可控的电压应力，从而降低电源产品的可靠性。
[0060]
故，为了合理设置钳位开关器件的死区时间，必须考虑t
23
时间，且从公式(10)可知，t
23
时间与不同工况输入vin和输出vo及输出负载io相关，因此钳位开关器件的死区可根据实际的输出vin、输出vo及输出负载io做动态调整，其不仅可保证启机阶段钳位开关器件的有效导通，从而保证电源产品启机阶段的电压应力，而且可根据不同工况计算出实际需要的死区大小，从而保证钳位管设计的合理性，提高电源产品的可靠性。
[0061]
步骤s230，基于初始死区和第三阶段持续时间确定实际死区。
[0062]
其中，步骤s230中还包括：
[0063]
基于第三阶段持续时间确定期望死区，并判断期望死区与初始死区的大小；若期望死区大于或等于初始死区，则确定实际死区为期望死区；若期望死区小于初始死区，则确定实际死区为初始死区。
[0064]
此外，可以预设钳位管固定时间d
t
；基于钳位管固定时间与第三阶段持续时间确定期望死区，其中，期望死区为钳位管固定时间与第三阶段持续时间之和。具体的，通过滞后钳位管固定时间，从而可使得钳位电路工作时，首先经过钳位电路中的d1、d2，从而可使得钳位开关器件s7、s8zvs开通，从而有效优化钳位管的开通损耗，提高了电源产品的效率。
[0065]
在一些实施例中，期望死区ta＝t
23
+d
t
；
[0066]
此时，若t
23
+d
t
《tc，则实际死区设置为tc，若t
23
+d
t
≥tc，则实际死区设置为t
23
+d
t
。
[0067]
综上，该方法至少具有以下优点：
[0068]
1)解决了启机阶段和稳定工作状态下的有源钳位管死区设计，保证钳位管启机阶段的有效开通；
[0069]
2)解决了不同输入输出工况下主功率开关器件管与有源钳位管死区设计的合理性问题，提高了电源产品的可靠性；
[0070]
3)使用动态有源钳位管死区方案，可有效优化不同输入输出工况下的钳位管开通时刻，从而实现钳位管的zvs开通，进而优化钳位管的开通损耗。
[0071]
图2为本发明实施例钳位电路的结构框图。
[0072]
如图2所示，本发明还提供了一种钳位电路，包括：电路模块110，电路模块110包括功率单元和钳位吸收单元。控制模块120，控制模块120包括初始化单元、启动单元、采集单元和死区确定单元，初始化单元用于给定初始死区；启动单元用于响应启动信号并启动电源；采集单元用于采集电路模块110的参数信息；死区确定单元用于基于参数信息计算第三阶段持续时间，还用于基于初始死区和第三阶段持续时间确定实际死区。
[0073]
其中，死区确定单元还用于基于第三阶段持续时间确定期望死区，并判断期望死区与初始死区的大小；死区确定单元响应于期望死区大于或等于初始死区，则确定实际死区为期望死区；死区确定单元响应于期望死区小于初始死区，则确定实际死区为初始死区。
[0074]
此外，死区确定单元还用于预设钳位管固定时间；还用于基于钳位管固定时间与
第三阶段持续时间确定期望死区，其中，期望死区为钳位管固定时间与第三阶段持续时间之和。
[0075]
如图3所示，功率单元包括第一功率电路111、变压器112和第二功率电路113，变压器112设置于第一功率电路111和第二功率电路113之间，钳位吸收单元并联设置于第二功率电路113上。
[0076]
进一步地，第一功率电路111中具有输入电感，输入电感为谐振电感或变压器漏感。
[0077]
此外，第二功率电路113为全桥整流电路或倍流整流电路。
[0078]
可以理解的是，全桥整流电路属于全波整流，全波整流则是指整流过程中交流波形会先转变为同一极性再进行整流，全部输入波形的都会形成输出，从能量利用率的角度来说，全波整流较优。
[0079]
进一步地，钳位吸收单元包括至少一组钳位吸收电路114，钳位吸收电路114包括依次串联设置的钳位电容、钳位开关以及钳位二极管。
[0080]
具体地，钳位吸收电路114可以并联在第二功率电路113中开关器件两端(s5、s6)，也可以如图4所示并联在公共母线端位置等。
[0081]
在一些实施例中，钳位吸收电路114还包括与钳位电容相互串联的钳位电阻(如图4所示)，本实施例并不构成对钳位吸收电路114具体位置的限定，仅是对其位置的举例说明。
[0082]
此外，本发明实施例还公开了一种芯片和车辆，其中的芯片包括芯片本体；该芯片本体光刻或制备有上述的钳位电路。
[0083]
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
[0084]
最后，应当理解的是，本说明书中实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

技术特征：
1.一种动态死区控制方法，其特征在于，包括：给定初始死区；启动电源，并采集参数信息；基于所述参数信息计算第三阶段持续时间；基于所述初始死区和所述第三阶段持续时间确定实际死区。2.根据权利要求1所述的动态死区控制方法，其特征在于，所述基于所述初始死区和所述第三阶段持续时间确定实际死区的步骤中，包括：基于所述第三阶段持续时间确定期望死区，并判断所述期望死区与所述初始死区的大小；若所述期望死区大于或等于所述初始死区，则确定所述实际死区为所述期望死区；若所述期望死区小于所述初始死区，则确定所述实际死区为所述初始死区。3.根据权利要求2所述的动态死区控制方法，其特征在于，所述基于所述第三阶段持续时间确定期望死区的步骤中，包括：预设钳位管固定时间；基于所述钳位管固定时间与所述第三阶段持续时间确定所述期望死区，其中，所述期望死区为所述钳位管固定时间与所述第三阶段持续时间之和。4.根据权利要求1-3任一项所述的动态死区控制方法，其特征在于，所述基于所述参数信息计算第三阶段持续时间的步骤中，包括：基于输入电压、输出电压、输出电流确定第三阶段持续时间。5.一种钳位电路，其特征在于，包括：电路模块，所述电路模块包括功率单元和钳位吸收单元；控制模块，所述控制模块包括初始化单元、启动单元、采集单元和死区确定单元，所述初始化单元用于给定初始死区；所述启动单元用于响应启动信号并启动电源；所述采集单元用于采集所述电路模块的参数信息；所述死区确定单元用于基于所述参数信息计算第三阶段持续时间，还用于基于所述初始死区和所述第三阶段持续时间确定实际死区。6.根据权利要求5所述的钳位电路，其特征在于，所述功率单元包括第一功率电路、变压器和第二功率电路，所述变压器设置于所述第一功率电路和所述第二功率电路之间，所述钳位吸收单元并联设置于所述第二功率电路上。7.根据权利要求6所述的钳位电路，其特征在于，所述第一功率电路中具有输入电感，所述输入电感为谐振电感或变压器漏感。8.根据权利要求6所述的钳位电路，其特征在于，所述第二功率电路为全桥整流电路或倍流整流电路。9.根据权利要求5所述的钳位电路，其特征在于，所述钳位吸收单元包括至少一组钳位吸收电路，所述钳位吸收电路包括依次串联设置的钳位电容、钳位开关以及钳位二极管。10.根据权利要求9所述的钳位电路，其特征在于，所述钳位吸收电路还包括与所述钳位电容相互串联的钳位电阻。11.根据权利要求5所述的钳位电路，其特征在于，所述死区确定单元还用于基于所述第三阶段持续时间确定期望死区，并判断所述期望死区与所述初始死区的大小；所述死区确定单元响应于所述期望死区大于或等于所述初始死区，则确定所述实际死区为所述期望
死区；所述死区确定单元响应于所述期望死区小于所述初始死区，则确定所述实际死区为所述初始死区。12.根据权利要求11所述的钳位电路，其特征在于，所述死区确定单元还用于预设钳位管固定时间；还用于基于所述钳位管固定时间与所述第三阶段持续时间确定所述期望死区，其中，所述期望死区为所述钳位管固定时间与所述第三阶段持续时间之和。13.一种芯片，其特征在于，包括芯片本体；所述芯片本体光刻或制备有如权利要求5-12任一项所述的钳位电路。14.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求5-12任一项所述的钳位电路，和/或如权利要求13所述的芯片。

技术总结
本发明实施例公开了一种动态死区控制方法、钳位电路、芯片及车辆；其中，动态死区控制方法包括给定初始死区，启动电源，采集参数信息，基于参数信息计算第三阶段持续时间，基于初始死区和第三阶段持续时间确定实际死区。该方法解决了不同输入输出工况下主功率开关器件管与有源钳位管死区设计的合理性问题，对死区进行动态调整，提高了电源产品的可靠性。提高了电源产品的可靠性。提高了电源产品的可靠性。


技术研发人员：韦庭 孟凡鹏 朱珊珊 陈骏杰 毛泽伟
受保护的技术使用者：联合汽车电子有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/20