反激式变压电路、用于其的控制方法、车辆和存储介质与流程

1.本技术涉及变压电路技术领域，具体而言，涉及一种反激式变压电路、用于反激式变压电路的控制方法、车辆和计算机存储介质。


背景技术：

2.目前电动汽车市场上的高压系统以400v系统为主，因此常采用从高压系统取电并通过反激（flyback）变换将400v高压转换为12v低压的直流转直流（dc/dc）转换器，以用于电驱动系统的低压供电。然而，随着下一代更高（例如，大于或等于800v）电压系统的应用，flyback变换的输入电源也相应提升至800v以上，这将导致用于flyback变换的脉宽调制（pwm）信号的占空比越来越低，开关管的开通时间越来越短，受pwm芯片限制很难实现。由于800v以上电池平台应用不久，因此该问题尚未得到关注和解决。


技术实现要素：

3.为了解决或至少缓解以上问题中的一个或多个，提供了以下技术方案。本技术的实施例提供了一种反激式变压电路、用于反激式变压电路的控制方法、车辆和计算机存储介质，以便解决pwm信号的最小占空比受限的问题，从而实现flyback电源宽输入电压范围（例如，大于或等于800v）的应用。
4.根据本技术的第一方面，提供一种反激式变压电路，包括：变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组；多个开关管，所述多个开关管依次串联在所述原边绕组与参考地之间；以及移相电路，所述移相电路被配置为生成具有相位差的多个脉宽调制信号，其中所述脉宽调制信号的数目与所述开关管的数目相同并且每个脉宽调制信号用于控制相应的一个开关管的开关状态。
5.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，所述移相电路进一步配置为：基于所述变压器的输出电压、输入电压、所述副边绕组与所述原边绕组的线圈匝数比、以及所述多个脉宽调制信号的占空比来确定所述相位差。
6.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，若所述多个脉宽调制信号的周期t和占空比均相同，则根据下式确定所述相位差：其中，为所述变压器的输出电压，为所述变压器的输入电压，为所述原边绕组的线圈匝数，为所述副边绕组的线圈匝数。
7.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，所述多个开关管在所述多个脉宽调制信号均为高电平或低电平时同时开通。
8.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，所述多个开关管均为nmos管，并且每个nmos管的栅极连接至所述移相电路的一个脉宽调制信号输出端。
9.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，所述移相电路进一步配置为：基于所述变压器的输出电压、输入电压、所述副边绕组与所述原边绕组的线圈匝数比确定有效占空比；若所述有效占空比小于占空比阈值，则生成具有所述相位差的多个脉宽调制信号；以及若所述有效占空比大于或等于所述占空比阈值，则生成多个具有有效占空比且相位相同的脉宽调制信号。
10.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，根据下式确定所述有效占空比：其中，为所述变压器的输出电压，为所述变压器的输入电压，为所述原边绕组的线圈匝数，为所述副边绕组的线圈匝数。
11.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的反激式变压电路中，所述脉宽调制信号的数目与所述开关管的数目均为2，并且所述多个脉宽调制信号的占空比均为50%。
12.根据本技术的第二方面，提供一种用于反激式变压电路的控制方法，所述反激式变压电路包括依次串联在变压器原边绕组与参考地之间的多个开关管，所述方法包括：a、生成具有相位差的多个脉宽调制信号，其中所述脉宽调制信号的数目与所述开关管的数目相同；以及b、利用所述多个脉宽调制信号控制所述多个开关管的开关状态，其中每个脉宽调制信号用于控制相应的一个开关管的开关状态。
13.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，步骤a进一步包括：基于所述变压器的输出电压、输入电压、所述副边绕组与所述原边绕组的线圈匝数比、以及所述多个脉宽调制信号的占空比来确定所述相位差。
14.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，步骤a进一步包括：基于所述变压器的输出电压、输入电压、所述副边绕组与所述原边绕组的线圈匝数比确定有效占空比；若所述有效占空比小于占空比阈值，则生成具有所述相位差的多个脉宽调制信号；以及若所述有效占空比大于或等于所述占空比阈值，则生成多个具有有效占空比且相位相同的脉宽调制信号。
15.根据本技术的第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据本技术的第一方面所述的反激式变压电路中的任意一项。
16.根据本技术的第四方面，提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质包括指令，所述指令在运行时执行根据本发明第二方面所述的方法中的任意一项。
17.根据本技术的一个或多个实施例的反激式变压电路以及其控制方法利用具有相位差的多个脉宽调制信号分别驱动依次串联的多个开关管，以等效具有低有效占空比的
pwm信号对于开关管的控制效果，从而满足了反激式变压电路在高输入电压场景下对于低占空比的需求，解决了现有技术中pwm信号的最小占空比受限的问题，从而实现了flyback电源宽输入电压范围的应用。
附图说明
18.从结合附图的以下详细说明中，将会使本技术的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
19.图1示出了根据本技术的一个或多个实施例的反激式变压电路10的示意性框图；图2示出了根据本技术的一个或多个实施例的反激式变压电路20的电路图；以及图3示出了根据本技术的一个或多个实施例的用于反激式变压电路的控制方法30的示意性流程图。
具体实施方式
20.以下具体实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制所公开的技术或所公开的技术的应用和用途。此外，不意图受在前述技术领域、背景技术或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
21.诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。要理解的是，本公开的技术通常用于电动汽车，其包括但不限于纯电动汽车（bev）、混合动力汽车（hev）、燃料电池汽车（fcev）等。
22.在下文中，将参考附图详细地描述根据本技术的各示例性实施例。
23.下面参考图1，图1示出了根据本技术的一个或多个实施例的反激式变压电路10的示意性框图。如图1所示，反激式变压电路10包括变压器110、开关模块120以及移相电路130。
24.变压器110包括原边绕组和副边绕组，其中原边绕组与副边绕组的线圈匝数比为。示例性地，变压器110的原边绕组的第一端连接至反激式变压电路10的高压输入电源的正极，变压器110的原边绕组的第二端连接至开关模块120。变压器110的副边绕组用于连接负载。
25.开关模块120包括依次串联在变压器110的原边绕组与参考地之间的多个开关管。示例性地，开关模块120中的开关管为功率开关管，例如可以选用耐压性较强的晶体管。晶体管是指可以受控工作的晶体管，例如，场效应管、三极管等。在一些示例中，晶体管可以为p沟道mos晶体管（pmos管）、n沟道mos晶体管（nmos管）、pnp型三极管或者npn型三极管等。
26.根据本技术的开关模块120至少包括依次串联的第一开关管121和第二开关管122。需要说明的是，第一开关管121和第二开关管122可以为不同类型的开关元件，例如，第一开关管121为pmos管并且第二开关管122为nmos管，本技术对此不作特别限制。在一个示例中，第一开关管121连接至变压器110的原边绕组的第二端，第二开关管122的一端经由第一电阻连接至参考地。
27.根据本技术的开关模块120中的各开关管的开关状态受控于由移相电路130生成的脉宽调制（pwm）信号。根据晶体管的开通和断开特性可知，诸如第一开关管121和第二开关管122之类的各开关管可以根据由移相电路130生成的脉宽调制信号的高、低电平变化实现开通和断开状态之间的切换。
28.移相电路130被配置为生成具有相位差的多个脉宽调制信号，例如，第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2。脉宽调制信号的数目与所述开关管的数目相同，并且由移相电路130生成的多个脉宽调制信号中每一个用于控制开关模块120中相应的一个开关管的开关状态。在一个示例中，第一脉宽调制信号pwm1用于控制第一开关管121的开关状态，并且第二脉宽调制信号pwm2用于控制第二开关管122的开关状态。可选地，当第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2均为高电平或均为低电平时，第一开关管121和第二开关管122相应地开通，输入电压施加到变压器110的原边绕组，从而为变压器110储能。
29.需要强调的是，由移相电路130生成的多个脉宽调制信号之间可以具有相位差，例如，第一脉宽调制信号pwm1与第二脉宽调制信号pwm2之间具有的相位差，第二脉宽调制信号pwm2与第三脉宽调制信号pwm3具有之间具有的相位差。可以理解的是，由于相位差的存在，使开关模块120中的各开关管同时开通的有效占空比将得以小于、甚至远小于多个脉宽调制信号的初始占空比。举例来说，若脉宽调制信号的数目与开关管的数目均为2，第一脉宽调制信号pwm1与第二脉宽调制信号pwm2的周期均为t、初始占空比均为50%并且其之间具有的相位差，第一开关管121、第二开关管122分别在第一脉宽调制信号pwm1、第二脉宽调制信号pwm2为高电平时导通，则变压器的原边回路仅在八分之一周期的时间内导通，也即，由移相电路130生成的多个脉宽调制信号对于该开关模块120的有效占空比为12.5%。换句话说，具有的相位差且占空比为50%的两个脉宽调制信号能够实现占空比为12.5%的脉宽调制信号的控制效果。
30.可选地，移相电路130进一步配置为基于变压器的输出电压、输入电压、副边绕组与原边绕组的线圈匝数比确定有效占空比。可选地，移相电路130可以接收输出电压的实时反馈信号（例如，输出电压采样信号），从而根据该实时反馈信号确定针对开关模块120的有效占空比。在一个示例中，根据下式确定有效占空比：其中，为变压器的输出电压，为变压器的输入电压，为原边绕组的线圈匝数，为副边绕组的线圈匝数。
31.可选地，移相电路130进一步配置为基于开关模块120所需的有效占空比来确定是否生成具有相位差的脉宽调制信号。具体而言，移相电路130可以将所确定的有效占空比与
占空比阈值进行比较，若有效占空比小于该占空比阈值，则生成具有相位差的多个脉宽调制信号；以及若有效占空比大于或等于该占空比阈值，则生成具有有效占空比且相位相同的多个脉宽调制信号。上述占空比阈值取决于移相电路130的最小占空比生成能力。例如，若开关模块120所需的有效占空比为2%，然而移相电路130所能生成的最小占空比为10%，则移相电路130生成具有相位差的多个脉宽调制信号以等效有效占空比为2%的pwm信号对于开关模块120的控制效果。
32.可选地，移相电路130进一步配置为基于变压器的输出电压、输入电压、副边绕组与原边绕组的线圈匝数比、以及多个脉宽调制信号的占空比来确定相位差。可选地，移相电路130可以接收输出电压的实时反馈信号（例如，输出电压采样信号），通过实时调节相位差的方式稳定输出电压。在一个示例中，若多个脉宽调制信号的周期t和占空比均相同，则可以根据下式确定相位差：其中，为变压器的输出电压，为变压器的输入电压，为原边绕组的线圈匝数，为副边绕组的线圈匝数。
33.这里需要说明的是，上述占空比可以等于移相电路130所能生成的最小占空比，也可以为其他数值。例如，当确定需要生成具有相位差的脉宽调制信号来等效低有效占空比时，移相电路130可以固定地利用占空比为50%的多个脉宽调制信号来等效该低有效占空比。可以理解的是，由于占空比为50%的多个脉宽调制信号能够产生更宽的有效占空比范围（即，0≤有效占空比≤50%），因此优选地利用占空比为50%的多个脉宽调制信号来等效有效占空比。
34.继续参考图2，图2示出了根据本技术的一个或多个实施例的反激式变压电路20的电路图。为了清晰地示出本技术的原理，图2中还示出了与反激式变压电路20配合工作的其他元件。
35.如图2所示，变压器包括原边绕组和副边绕组，其中原边绕组与副边绕组的线圈匝数比为。变压器的副边绕组经由二极管do与输出电容co和负载ro并联。变压器的原边绕组连接在输入电源正极与开关模块之间。
36.在图2中，开关模块被示出为两个串联连接的第一nmos管q1和第二nmos管q2，其中，第一nmos管q1的漏极连接至原边绕组的一端、源极连接至第二nmos管q2的漏极、栅极连接至移相电路的一个pwm信号输出端；并且第二nmos管q2的源极经由第一电阻r1接地、栅极连接至移相电路的另一个pwm信号输出端。第一nmos管q1和第二nmos管q2分别由移相电路生成的pwm1信号和pwm2信号控制。需要说明的是，脉宽调制信号的生成步骤以及相位差的确定步骤可以参照上文中描述移相电路130的具体方式开展，相关内容一并引用于此，限于篇幅不在
此赘述。可以理解的是，开关管的数量不限于2个，并且开关管还可以是pmos管、pnp型三极管或者npn型三极管，取决于具体的晶体管类型，电路连接关系可以适应地调整，本技术的保护范围延及此等变型。
37.当pwm1信号和pwm2信号均为高电平时，第一nmos管q1和第二nmos管q2同时开通，此时输入电源通过原边回路给变压器供能。示例性地，若pwm1信号和pwm2的周期均为t、初始占空比均为并且其之间具有（其中，）的相位差，则变压器的原边回路仅在的时间内导通。也即，具有的相位差且占空比为的两个脉宽调制信号能够实现有效占空比为的脉宽调制信号的控制效果。当pwm1信号和pwm2信号均为高电平时，变压器副边的二极管do由于变压器的极性被反向偏置，同时输出电容co向负载ro提供输出电压vo。
38.当pwm1信号和pwm2信号中任意一个为低电平或其两者均为低电平时，原边回路断开，变压器副边的二极管do被正向偏置，此时变压器中积累的能量通过副边回路传递给输出电容co和负载ro，从而实现能量的传输和电压的转换。
39.根据本技术的一个或多个实施例的反激式变压电路10和20利用具有相位差的多个脉宽调制信号分别驱动依次串联的多个开关管，以等效具有低有效占空比的pwm信号对于开关管的控制效果，从而满足了反激式变压电路在高输入电压场景下对于低占空比的需求，解决了现有技术中pwm信号的最小占空比受限的问题，从而实现了flyback电源宽输入电压范围的应用。
40.图3示出了根据本技术的一个或多个实施例的用于反激式变压电路的控制方法30的示意性流程图。方法30可以应用于如图1所示的反激式变压电路10或如图2所示的反激式变压电路20。
41.如图3所示，在步骤s310中，生成具有相位差的多个脉宽调制信号，其中脉宽调制信号的数目与开关管的数目相同。
42.可选地，步骤s310包括：基于变压器的输出电压、输入电压、副边绕组与原边绕组的线圈匝数比、以及多个脉宽调制信号的占空比来确定相位差。可选地，步骤s310进一步包括：基于变压器的输出电压、输入电压、副边绕组与原边绕组的线圈匝数比确定有效占空比；若有效占空比小于占空比阈值，则生成具有相位差的多个脉宽调制信号；以及若有效占空比大于或等于占空比阈值，则生成多个具有有效占空比且相位相同的脉宽调制信号。有关脉宽调制信号的生成步骤以及相位差的确定步骤可以参照上文中描述移相电路130的具体方式开展，相关内容一并引用于此，限于篇幅不在此赘述。
43.在步骤s320中，利用多个脉宽调制信号控制多个开关管的开关状态，其中每个脉宽调制信号用于控制相应的一个开关管的开关状态。
44.根据本技术的另一方面，提供一种车辆，其包括如上文所述的任意一种反激式变压电路。
45.根据本技术的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图3所示的方法。该计算机可读存储介质可以包括随机存取
存储器（ram）（诸如同步动态随机存取存储器（sdram））、只读存储器（rom）、非易失性随机存取存储器（nvram）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom）、闪存、其他已知的存储介质等。
46.提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本发明及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。