电能转换装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种电能转换装置及其控制方法。


背景技术：

2.目前市面上大部分的逆变器是采用推挽、全桥等升压设计，一般需要高压输入条件才能实现限压闭环控制。然而，由于电池电压的变化范围较大且在低压输入条件下无法实现闭环控制，这就导致目前大部分的逆变器无法跟随电池电压的变化灵活进入突发模式(burst mode)，致使目前大部分的逆变器在轻载或空载情况下的功耗较高。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明主要解决的技术问题是提供一种电能转换装置及其控制方法，能够降低电能转换装置在轻载或空载情况下的功耗。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电能转换装置。该电能转换装置包括电能转换电路、输入端口以及输出端口，电能转换电路分别电连接输入端口和输出端口，输入端口用于电连接电源，输出端口用于电连接负载设备。该电能转换装置还包括控制电路，控制电路分别电连接电能转换电路和输入端口，控制电路用于获取输入端口的当前输入电压，计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，控制电路还用于控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。
5.在本发明的一实施例中，控制电路包括原边控制电路、副边控制电路以及反馈电路，原边控制电路和副边控制电路分别电连接电能转换电路，原边控制电路和副边控制电路之间还通过反馈电路电连接，且副边控制电路还电连接输入端口；副边控制电路用于获取当前输入电压，计算得到差值且还将差值通过反馈电路反馈至原边控制电路，使得原边控制电路控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值。
6.在本发明的一实施例中，控制电路包括原边控制电路和副边控制电路，原边控制电路和副边控制电路分别电连接电能转换电路，且副边控制电路还电连接输入端口；副边控制电路用于获取当前输入电压并计算得到差值，使得副边控制电路控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值。
7.在本发明的一实施例中，控制电路包括原边控制电路、副边控制电路以及反馈电路，原边控制电路和副边控制电路分别电连接电能转换电路，原边控制电路和副边控制电路之间还通过反馈电路电连接，且原边控制电路还电连接输入端口；原边控制电路用于获取当前输入电压，计算得到差值且还将差值通过反馈电路反馈至副边控制电路，使得副边控制电路控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值。
8.在本发明的一实施例中，控制电路包括原边控制电路和副边控制电路，原边控制电路和副边控制电路分别电连接电能转换电路，且原边控制电路还电连接输入端口；原边控制电路用于获取当前输入电压并计算得到差值，使得原边控制电路控制输出端口的当前
输出电压小于或等于差值。
9.在本发明的一实施例中，电能转换装置还包括采样电路；原边控制电路和副边控制电路通过采样电路电连接输入端口，用以获取当前输入电压。
10.在本发明的一实施例中，电能转换装置还包括采样电路；原边控制电路和副边控制电路通过采样电路电连接输出端口，用于获取当前输出电压，以判断当前输出电压是否小于或等于差值。
11.在本发明的一实施例中，电能转换装置还包括通信电路和采样电路；原边控制电路通过采样电路电连接输入端口，副边控制电路通过采样电路电连接输出端口；原边控制电路通过通信电路电连接副边控制电路，以通过通信电路交互当前输入电压、差值以及当前输出电压中的至少一种信息。
12.在本发明的一实施例中，采样电路为隔离采样电路。
13.为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种基于上述实施例所阐述的电能转换装置的控制方法。该控制方法包括：获取输入端口的当前输入电压；计算得到当前输入电压对应的理论输出电压；计算得到理论输出电压与设定值的差值；控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。
14.本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明提供一种电能转换装置及其控制方法。该电能转换装置的控制电路通过获取输入端口的当前输入电压，计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，以控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。如此一来，本发明电能转换装置跟随当前输入电压的变化，均能够实现闭环控制，使得电能转换装置进入突发模式，因而能够降低电能转换装置在轻载或空载情况下的功耗。
附图说明
15.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。此外，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
16.图1是本发明电能转换装置一实施例的结构示意图；
17.图2是本发明电能转换装置控制逻辑第一实施例的示意图；
18.图3是本发明电能转换装置控制逻辑第二实施例的示意图；
19.图4是本发明电能转换装置控制逻辑第三实施例的示意图；
20.图5是本发明电能转换装置控制逻辑第四实施例的示意图；
21.图6是本发明电能转换装置另一实施例的结构示意图；
22.图7是本发明电能转换装置控制逻辑第五实施例的示意图；
23.图8是本发明电能转换装置的控制方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明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发明一部分实
施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.为解决现有技术中逆变器无法跟随电池电压的变化灵活进入突发模式的技术问题，本发明的一实施例提供一种电能转换装置。该电能转换装置包括电能转换电路、输入端口以及输出端口，电能转换电路分别电连接输入端口和输出端口，输入端口用于电连接电源，输出端口用于电连接负载设备。该电能转换装置还包括控制电路，控制电路分别电连接电能转换电路和输入端口，控制电路用于获取输入端口的当前输入电压，计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，控制电路还用于控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。以下进行详细阐述。
26.请参阅图1，图1是本发明电能转换装置一实施例的结构示意图。
27.在一实施例中，电能转换装置可以是逆变器、转换器等变压装置，下文以电能转换装置是逆变器为例进行阐述，仅为举例而言，并非因此造成限定。电能转换装置包括电能转换电路10，电能转换电路10用于将输入的电能转换为另一种形式，例如将输入的电能的电压升高等。
28.可选地，电能转换电路10可以是推挽电路、全桥电路等，在此不做限定。其中，推挽电路、全桥电路属于本领域技术人员的理解范畴，在此就不再赘述。
29.电能转换装置还包括输入端口20和输出端口30。电能转换电路10分别电连接输入端口20和输出端口30，输入端口20用于电连接电源，输出端口30用于电连接负载设备。通过前述方式，自输入端口20输入的电能经电能转换电路10转换后，自输出端口30输出至负载设备，以对负载设备进行充电。
30.可选地，电源可以是电池等能够提供电能的装置，在此不做限定。
31.电能转换装置还包括控制电路。控制电路分别电连接电能转换电路10和输入端口20。控制电路用于获取输入端口20的当前输入电压，之后计算得到当前输入电压对应的理论输出电压，再计算得到理论输出电压与设定值的差值，进而控制电路控制输出端口30的当前输出电压小于或等于该差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。
32.由此可见，本实施例电能转换装置无论当前输入电压是高是低，均能够实现闭环控制，使得电能转换装置进入突发模式，即本实施例能够跟随当前输入电压的变化，使得控制电路灵活地进入突发模式。换言之，本实施例电能转换装置能够在全输入电压范围内的任意输入电压驱使电能转换装置在突发模式下工作，因而能够降低电能转换装置在轻载或空载情况下的功耗，延长应用本实施例电能转换装置的电子产品的续航时间。
33.需要说明的是，突发模式是控制电路自带的工作模式，当控制电路检测到空载或轻载的情况会自动触发进入突发模式，此时整个电能转换装置进入突发模式。本发明实施例中当控制电路控制输出端口30的当前输出电压小于或等于上述差值时，由于当前输入电压对应的理论输出电压大于该差值，因此控制电路会自发调节输出端口30所输出电信号的占空比，此时输出端口30无需满占空比输出电信号，即进入突发模式。本发明实施例通过闭环控制主动控制当前输出电压低于理论输出电压，使得电能转换装置在突发模式下工作，因此无论当前输入电压是高是低，本发明实施例均能够使得电能转换装置进入突发模式。
34.并且，在突发模式下，电能转换装置内的功率开关根据负载情况间歇性工作，即功率开关连续工作几个周期再关断几个周期，能够有效地减少开关功耗以及降低静态功耗，因而能够降低电能转换装置的功耗。突发模式属于本领域技术人员的理解范畴，在此就不再赘述。
35.上述的设定值是经验值，设定值是电能转换装置进入突发模式对应的电压差值，需要根据不同的控制电路进行合理选择。并且在轻载情况下，由于设定值会影响电能转换装置输出至负载设备的电能的电压，因此设定值还需要根据用户在轻载情况下的使用情况进行合理选择。
36.此外，闭环控制是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此产生一个偏差信号，利用此偏差信号进行调节控制，使系统输出值尽量接近于期望值。与闭环控制相对的开环控制，是指不将控制的结果反馈回来影响当前的控制系统。
37.在图1中，电能转换电路10分别电连接输入端口20和输出端口30。原边控制电路40和副边控制电路50分别电连接电能转换电路10。原边控制电路40通过采样电路70分别电连接输入端口20和输出端口30，副边控制电路50通过采样电路70分别电连接输入端口20和输出端口30。原边控制电路40和副边控制电路50之间还通过反馈电路60电连接。图1展示的电能转换装置能够实现下述各个实施例的技术方案，只需要在控制逻辑上进行适应调整即可。
38.请参阅图1和图2，图2是本发明电能转换装置控制逻辑第一实施例的示意图。
39.在一实施例中，控制电路包括原边控制电路40、副边控制电路50以及反馈电路60。原边控制电路40和副边控制电路50分别电连接电能转换电路10，以通过原边控制电路40和副边控制电路50控制电能转换电路10正常工作。
40.可选地，原边控制电路40和副边控制电路50可以均由一mcu(micro control unit，微控制单元)构成，二者集成有逻辑控制电路，能够控制电能转换电路10正常工作。并且，原边控制电路40用于控制电能转换电路10的原边部分工作，副边控制电路50用于控制电能转换电路10的副边部分工作。
41.原边控制电路40和副边控制电路50之间还通过反馈电路60电连接，且副边控制电路50还电连接输入端口20。副边控制电路50用于获取输入端口20的当前输入电压，并计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，且还将计算得到的该差值通过反馈电路60反馈至原边控制电路40，使得原边控制电路40控制输出端口30的当前输出电压小于或等于该差值，进而使得电能转换装置在突发模式下工作。
42.本实施例中原边控制电路40起到主要控制作用，副边控制电路50在获取当前输入电压后，将计算得到的上述差值反馈至原边控制电路40，以由原边控制电路40控制电能转换装置在突发模式下工作。
43.进一步地，反馈电路60可以由隔离元件和稳压元件构成，例如反馈电路60由pc817光电耦合器和tl431稳压电路构成等，其具体的电路结构属于本领域技术人员的理解范畴，在此就不再赘述。当然，在本发明的其它实施例中，反馈电路60也可以采用其它电路结构设计，在此不做限定。
44.进一步地，原边控制电路40或副边控制电路50还电连接输出端口30，用于获取输出端口30的当前输出电压，以判断该当前输出电压是否小于或等于上述计算得到的差值。
其中，若当前输出电压小于或等于该差值，则说明达到期望的控制效果，此时电能转换装置在突发模式下工作；而若当前输出电压大于该差值，则说明未达到期望的控制效果，原边控制电路40需要再次控制输出端口30，使其当前输出电压小于或等于该差值，直至达到期望的控制效果。
45.图1展示了原边控制电路40和副边控制电路50电连接输出端口30的情况。其中，可以由副边控制电路50将当前输出电压，或将当前输出电压是否小于或等于上述差值的信息通过反馈电路60反馈至原边控制电路40。当然，也可以由原边控制电路40直接获取当前输出电压并判断当前输出电压是否小于或等于上述差值，如图2所示。
46.进一步地，电能转换装置还包括采样电路70。原边控制电路40可以通过采样电路70电连接输出端口30，并且副边控制电路50可以通过采样电路70电连接输入端口20和输出端口30，用于采样当前输入电压和当前输出电压，进而获取当前输入电压和当前输出电压。
47.更进一步地，采样电路70可以为隔离采样电路，即采样电路70可以采用隔离的电路设计，用以防止用户触电以及降低信号干扰的风险。当然，在本发明的其它实施例中，采样电路70也可以不采用隔离设计。至于采用隔离设计以及不采用隔离设计的采样电路70，其具体电路结构属于本领域技术人员的理解范畴，在此就不再赘述。
48.请参阅图1和图3，图3是本发明电能转换装置控制逻辑第二实施例的示意图。本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例由副边控制电路50控制输出端口30的当前输出电压。
49.在一实施例中，控制电路包括原边控制电路40和副边控制电路50。原边控制电路40和副边控制电路50分别电连接电能转换电路10，以通过原边控制电路40和副边控制电路50控制电能转换电路10正常工作。
50.副边控制电路50还电连接输入端口20。副边控制电路50用于获取输入端口20的当前输入电压，并计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，使得副边控制电路50控制输出端口30的当前输出电压小于或等于该差值，进而使得电能转换装置在突发模式下工作。
51.本实施例中副边控制电路50起到主要控制作用，副边控制电路50在获取当前输入电压后，计算得到的上述差值，之后由副边控制电路50控制电能转换装置在突发模式下工作。
52.进一步地，原边控制电路40或副边控制电路50还电连接输出端口30，用于获取输出端口30的当前输出电压，以判断该当前输出电压是否小于或等于上述计算得到的差值。
53.图1展示了原边控制电路40和副边控制电路50电连接输出端口30的情况。其中，可以由副边控制电路50直接获取当前输出电压并判断当前输出电压是否小于或等于上述差值，如图3所示。当然，也可以由原边控制电路40将当前输出电压反馈至副边控制电路50，由副边控制电路50判断当前输出电压是否小于或等于上述差值，此时原边控制电路40和副边控制电路50之间还通过反馈电路60电连接。
54.进一步地，电能转换装置还包括采样电路70。原边控制电路40和副边控制电路50可以通过采样电路70电连接输入端口20和输出端口30，用于采样当前输入电压和当前输出电压，进而获取当前输入电压和当前输出电压。
55.请参阅图1和图4，图4是本发明电能转换装置控制逻辑第三实施例的示意图。本实
施例与上述实施例的不同之处在于，由原边控制电路40获取当前输入电压并进行计算，之后将计算结果反馈至副边控制电路50，由副边控制电路50控制输出端口30的当前输出电压。
56.在一实施例中，控制电路包括原边控制电路40和副边控制电路50。原边控制电路40和副边控制电路50分别电连接电能转换电路10，以通过原边控制电路40和副边控制电路50控制电能转换电路10正常工作。
57.原边控制电路40和副边控制电路50之间还通过反馈电路60电连接，且原边控制电路40还电连接输入端口20。原边控制电路40用于获取输入端口20的当前输入电压，并计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，且还将计算得到的该差值通过反馈电路60反馈至副边控制电路50，使得副边控制电路50控制输出端口30的当前输出电压小于或等于该差值，进而使得电能转换装置在突发模式下工作。
58.本实施例中副边控制电路50起到主要控制作用，原边控制电路40在获取当前输入电压后，将计算得到的上述差值反馈至副边控制电路50，以由副边控制电路50控制电能转换装置在突发模式下工作。
59.进一步地，原边控制电路40或副边控制电路50还电连接输出端口30，用于获取输出端口30的当前输出电压，以判断该当前输出电压是否小于或等于上述计算得到的差值。
60.图1展示了原边控制电路40和副边控制电路50电连接输出端口30的情况，可以由副边控制电路50直接获取当前输出电压并判断当前输出电压是否小于或等于上述差值，如图4所示。当然，也可以由原边控制电路40将当前输出电压反馈至副边控制电路50，或将当前输出电压是否小于或等于上述差值的信息反馈至副边控制电路50。
61.进一步地，电能转换装置还包括采样电路70。原边控制电路40和副边控制电路50可以通过采样电路70电连接输入端口20和输出端口30，用于采样当前输入电压和当前输出电压，进而获取当前输入电压和当前输出电压。
62.请参阅图1和图5，图5是本发明电能转换装置控制逻辑第四实施例的示意图。本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例由原边控制电路40控制输出端口30的当前输出电压。
63.在一实施例中，控制电路包括原边控制电路40和副边控制电路50。原边控制电路40和副边控制电路50分别电连接电能转换电路10，以通过原边控制电路40和副边控制电路50控制电能转换电路10正常工作。
64.原边控制电路40还电连接输入端口20。原边控制电路40用于获取输入端口20的当前输入电压，并计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及理论输出电压与设定值的差值，使得原边控制电路40控制输出端口30的当前输出电压小于或等于该差值，进而使得电能转换装置在突发模式下工作。
65.本实施例中原边控制电路40起到主要控制作用，原边控制电路40在获取当前输入电压后，计算得到的上述差值，之后由原边控制电路40控制电能转换装置在突发模式下工作。
66.进一步地，原边控制电路40或副边控制电路50还电连接输出端口30，用于获取输出端口30的当前输出电压，以判断该当前输出电压是否小于或等于上述计算得到的差值。
67.图1展示了原边控制电路40和副边控制电路50电连接输出端口30的情况。其中，可
以由副边控制电路50将当前输出电压，或将当前输出电压是否小于或等于上述差值的信息反馈至原边控制电路40，此时原边控制电路40和副边控制电路50之间还通过反馈电路60电连接，如图5所示。当然，也可以由原边控制电路40直接获取当前输出电压并判断当前输出电压是否小于或等于上述差值。
68.进一步地，电能转换装置还包括采样电路70。原边控制电路40和副边控制电路50可以通过采样电路70电连接输入端口20和输出端口30，用于采样当前输入电压和当前输出电压，进而获取当前输入电压和当前输出电压。
69.请参阅图6和图7，图6是本发明电能转换装置另一实施例的结构示意图，图7是本发明电能转换装置控制逻辑第五实施例的示意图。
70.在一实施例中，电能转换装置还包括通信电路80和采样电路70。原边控制电路40通过采样电路70电连接输入端口20，用于通过采样电路70采样输入端口20的当前输入电压，即获取输入端口20的当前输入电压。副边控制电路50也通过采样电路70电连接输出端口30，用于通过采样电路70采样输出端口30的当前输出电压，即获取输出端口30的当前输出电压。并且，原边控制电路40通过通信电路80电连接副边控制电路50，以通过通信电路80交互当前输入电压、当前输出电压以及上述计算得到的差值中的至少一种信息。
71.由于通信电路80的成本较低，因此本实施例电能转换装置提供了一种低成本实现原边控制电路40和副边控制电路50之间交互信息的方式。
72.请参阅图8，图8是本发明电能转换装置的控制方法一实施例的流程示意图。本实施例电能转换装置的控制方法是基于上述实施例所阐述的电能转换装置。
73.s101：获取输入端口的当前输入电压。
74.在本实施例中，电能转换装置能够跟随输入端口的当前输入电压变化，灵活控制电能转换装置进入突发模式。因此，需要先获取输入端口的当前输入电压，用以得到输出端口的当前输出电压需要满足的条件，进而使得电能转换装置进入突发模式。
75.s102：计算得到当前输入电压对应的理论输出电压。
76.在本实施例中，在获取输入端口的当前输入电压之后，控制电路能够根据电能转换装置的具体电路结构，计算出当前输入电压对应的理论输出电压。
77.s103：计算得到理论输出电压与设定值的差值。
78.在本实施例中，预设有一设定值，该设定值是电能转换装置进入突发模式对应的电压差值，通过计算得到理论输出电压与设定值的差值，进而通过控制输出端口的当前输出电压小于或等于该差值，即可使得电能转换装置进入突发模式。
79.s104：控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。
80.在本实施例中，在计算得到理论输出电压与设定值的差值之后，控制电路控制输出端口的当前输出电压小于或等于该差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。本实施例通过闭环控制，使得电能转换装置能够跟随当前输入电压的变化，灵活地进入突发模式，因而能够降低电能转换装置在轻载或空载情况下的功耗，延长应用本实施例电能转换装置的电子产品的续航时间。
81.综上所述，本发明所提供的电能转换装置及其控制方法。该电能转换装置的控制电路通过获取输入端口的当前输入电压，计算得到当前输入电压对应的理论输出电压以及
理论输出电压与设定值的差值，以控制输出端口的当前输出电压小于或等于差值，使得电能转换装置在突发模式下工作。如此一来，本发明电能转换装置跟随当前输入电压的变化，均能够实现闭环控制，使得电能转换装置进入突发模式，因而能够降低电能转换装置在轻载或空载情况下的功耗。
82.此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。