图腾柱电路的启动方法和电路

技术领域

本发明涉及电路控制领域，具体而言，涉及一种图腾柱电路的启动方法和电路。

背景技术

随着AC-DC效率和功率密度需求的不断提高，图腾柱电路的应用越来越广泛。与连续电流导通模式(CCM)相比，由于可以实现功率管的全程零电压软开通(Zero VoltageSwitch，ZVS)，三角波电流/临界(TCM/CRM)模式工作的效率更高。

图1是一种两相图腾柱电路的拓扑图，K1为用于软启动的继电器、K2为用于正常工作的继电器；L1、L2为两相PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电感；S11、S12、S21、S22是工作于几十上百KHz的高频开关管，SN1、SN2是工作于电网频率的低频开关管；C为输出母线电容；其中，S11、S12、SN1、SN2构成一相，S21、S22、SN1、SN2构成一相。以正半轴工频周期为例，SN2一直导通，S11、S12、SN1、SN2工作于以下四个阶段：

[t0～t1]：S11导通，S12截止，电感电流正向上升到Ipk完成储能；

[t1～t2]：S11截止，S12体二极管自然续流，S12实现ZVS导通，电感电流正向下降到零完成能量向Vo后级的释放；

[t2～t3]：为使下一个开关周期的S11实现ZVS，需要为PFC电感引入负向电流，出现负电流的条件是：此时的输出瞬时电压大于输入瞬时电压电压，即Vo>Vin，因此S12导通，S11截止电感电流负向下降到Ivalley；

[t3～t4]：S12截止，S11体二极管自然续流，S11实现ZVS导通，电感电流负向上升到零；此后继续导通S11，进入下一个开关周期。

由此可见，TCM/CRM控制与传统PFC控制最大的区别是，高频管驱动发波的开始和结束，是通过零检测电路(ZCD)触发的，触发的条件是电感电流由正变为负，或者反之。因此只有输出电压Vo高于输入电压Vin，才会在功率电感两端从导通状态到续流状态形成相反的电动势，从而形成电感电流换向的条件，进而才可触发高频管的开通和关断，实现TCM/CRM控制。也即，在TCM/CRM控制前，输出电压Vo必须高于输入电压Vin的绝对值。

对于直流输入的图腾柱电路，由于不控整流只能将输出电压从零充到输入电压，而无法高于输入电压，从而不能满足Vo>|Vin|的条件，因此无法实现TCM/CRM控制。

针对现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种图腾柱电路的启动方法和电路，以至少解决现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种图腾柱电路的启动方法，图腾柱电路包括至少一相高频开关管，图腾柱电路的启动方法包括：采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压持续升高；当输出电压升高至目标电压时，图腾柱电路进入三角波电流模式或临界模式运行。

由上可知，本申请上述实施例中，采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；当图腾柱电路的输出电压等于输入电压绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，使输出电压持续升高；当输出电压升高至目标电压时，结束启动，图腾柱电路就达到进入三角波电流模式或临界模式的工作条件。上述方案当输出电压上升至输入电压时，通过对图腾柱电路中的至少一相高频开关管进行控制，来实现TCM/CRM模式的启动，从而无需在图腾柱电路的输出端单独施加用于为输出母线电压提供高于输入电压的一个电压的外部电源，解决了现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的技术问题。

进一步地，图腾柱电路还包括与电阻串联后串联接入电源的第一继电器和直接串联接入电源的第二继电器，第一继电器与电阻串联后与第二继电器并联，其中，当图腾柱电路未启动时，通过控制第一继电器导通并控制第二继电器断开以使图腾柱电路的输出电压升高；当输出电压升高至与图腾柱电路的输入电压的绝对值相同时，上述方法还包括：控制第一继电器关断并控制第二继电器导通。在图腾柱电路导通前，输出电压为零，输出电压低于输入电压，此时上述方案控制第一继电器导通，并控制第二继电器断开，从而构成RC回路为母线电容充电，当输出电压升高与等于输入电压时，控制第二继电器导通并控制第一继电器断开。由于第一继电器与一电阻串联后接入电源，因此能够防止图腾柱电路在刚导通时由于电流过大而对器件造成的损耗。

可选地，至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管，当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压持续升高，其中另一种控制方式包括：确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通，续流开关管的导通时间为高频开关管的周期减去主开关管的初始导通时间和预设的死区时间；当输出电压逐渐升高时，控制主开关管的导通时间在初始导通时间的基础上按照预设步伐增加；其中，当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照固定频率发波，直至输出电压升高至目标电压。上述方案通过控制主开关管的导通时间在初始导通时间的基础上按照预设步伐增加，并控制图腾柱电路按照固定频率发波，以使输出电压升高至目标电压，进而达到了图腾柱电路以TCM/CRM模式启动的目的。

可选地，至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管，当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压持续升高，其中另一种控制方式包括：确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通；当前一拍初始导通时间结束时，控制主开关管关断，并持续判断电感电流是否释放至零；如果电感电流未释放至零，则保持主开关管关断；如果电感电流释放至零，则控制主开关管按照预设的导通时间开始下一拍的导通，其中，在主开关管导通的过程中，反复循环每一拍的控制；当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，续流开关管对不存在体二极管的高频开关管进行控制，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照渐变的频率发波，直至输出电压升高至目标电压。在上述方案中，通过检测实时电感电流，并判断电感电流是否释放到零电流，来对高频开关管的导通和关断进行控制，以保证其工作在DCM断续模式，从而满足高频续流管反向恢复损耗最低，避免热损坏风险，直到输出电压高于输入电压的绝对值并达到目标电压，满足进入TCM/CRM的工作条件。

可选地，持续判断电感电流是否释放至零，包括：采样得到电感电流；将电感电流转换为对应的电压信号，并将电压信号与预设的电压阈值进行比对；当电压信号大于等于电压阈值时，确定电感电流未释放至零；当电压信号小于电压阈值时，确定电感电流释放至零。上述方案将电感电流对应的电压信号与电压阈值进行比较，从而确定是否触发高频管发波。

可选地，当输出电压升高至目标电压时，在控制至少一相高频开关管关断之后，上述方法还包括：控制高频开关管均关断。上述方案在控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压继续升高之后，输出电压达到了TCM/CRM模式的工作条件。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种图腾柱电路的启动电路，图腾柱电路包括功率模块，功率模块包括至少一相高频开关管，启动电路包括：开关电路，用于控制图腾柱电路导通和关断，其中，图腾柱电路的输出电压在图腾柱电路导通或关断控制后升高；检测电路，用于采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；控制器，与检测电路连接，用于当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压持续升高，其中，当输出电压升高至目标电压时，图腾柱电路以三角波电流模式或临界模式进入工作状态。

由上可知，本申请上述实施例中，采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；当图腾柱电路的输出电压等于输入电压绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，使输出电压持续升高；当输出电压升高至目标电压时，结束启动，图腾柱电路就达到进入三角波电流模式或临界模式的工作条件。上述方案当输出电压上升至输入电压时，通过对图腾柱电路中的至少一相高频开关管进行控制，来实现TCM/CRM模式的启动，从而无需在图腾柱电路的输出端单独施加用于为输出母线电压提供高于输入电压的一个电压的外部电源，解决了现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的技术问题。

可选地，开关电路包括：与电阻串联后串联接入电源的第一继电器和直接串联接入电源的第二继电器，其中，第一继电器与电阻串联后与第二继电器并联；其中，控制器还用于当图腾柱电路未启动时，通过控制第一继电器导通并控制第二继电器断开以使图腾柱电路的输出电压升高，并当输出电压升高至与图腾柱电路的输入电压相同时，控制第一继电器关断并控制第二继电器导通。在图腾柱电路导通前，输出电压为零，输出电压低于输入电压，此时上述方案控制第一继电器导通，并控制第二继电器断开，从而构成RC回路为母线电容充电，当输出电压升高与等于输入电压时，控制第二继电器导通并控制第一继电器断开。由于第一继电器与一电阻串联后接入电源，因此能够防止图腾柱电路在刚导通时由于电流过大而对器件造成的损耗。

可选地，接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管；其中，在一种控制方式下，控制器还用于确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通，续流开关管的导通时间为高频开关管的周期减去主开关管的初始导通时间和预设的死区时间。当输出电压逐渐升高时，控制主开关管的导通时间在初始导通时间的基础上按照预设步伐增加；当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照固定频率发波，直至输出电压升高至目标电压。上述方案通过控制主开关管的导通时间在初始导通时间的基础上按照预设步伐增加，并控制图腾柱电路按照固定频率发波，以使输出电压升高至目标电压，进而达到了图腾柱电路以TCM/CRM模式启动的目的。

可选地，至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管，在另一种控制方式下，控制器还用于确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通；当前一拍初始导通时间结束时，控制主开关管关断，并持续判断电感电流是否释放至零；如果电感电流未释放至零，则保持主开关管关断；如果电感电流释放至零，则控制主开关管按照预设的导通时间开始下一拍的导通，其中，在主开关管导通的过程中，反复循环每一拍的控制，当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照渐变的频率发波，直至输出电压升高至目标电压；其中，控制器包括：电感电流采样电路，用于将电感电流转换为对应的电压信号；比较电路，用于将电压信号与预设的电压阈值进行比对，得到比对结果；数字信号触发电路，用于根据比对结果输出对应的控制信号，其中，当电压信号大于等于电压阈值时，确定电感电流未释放至零，当电压信号小于电压阈值时，确定电感电流释放至零，控制信号用于控制主开关管按照预设的导通时间进行导通；数字信号处理器，用于根据控制信号控制至少一相高频开关管导通或关断。在上述方案中，通过检测实时电感电流，并判断电感电流是否释放到零电流，来对高频开关管的导通和关断进行控制，以保证其工作在DCM断续模式，从而满足高频续流管反向恢复损耗最低，避免热损坏风险，直到输出电压高于输入电压的绝对值并达到目标电压，满足进入TCM/CRM的工作条件。

在本发明实施例中，控制图腾柱电路导通和关断，其中，采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；当图腾柱电路的输出电压等于输入电压绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，使输出电压持续升高；当输出电压升高至目标电压时，结束启动，图腾柱电路就达到进入三角波电流模式或临界模式的工作条件。上述方案当输出电压上升至输入电压时，通过对图腾柱电路中的至少一相高频开关管进行控制，来实现TCM/CRM模式的启动，从而无需在图腾柱电路的输出端单独施加用于为输出母线电压提供高于输入电压的一个电压的外部电源，解决了现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是一种两相图腾柱电路的拓扑图；

图2是根据本申请实施例的一种图腾柱电路的启动方法的流程图；

图3是根据本申请实施例的一种控制图腾柱电路启动的流程图；

图4是根据本申请实施例的一种图腾柱电路启动的流程图；

图5是根据图3和图4中的方法进行图腾柱电路启动时的状态参数的变化示意图；

图6是根据本申请实施例的另一种图腾柱电路启动的示意图；

图7是根据图3和图6中的方法进行图腾柱电路启动时的状态参数的变化示意图；

图8是根据本申请实施例的一种电感电流检测电路的示意图；

图9是根据图8的方式的电感电流检测和高频管发波示意图；

图10是根据本申请实施例的一种图腾柱电路的启动电路组成部分的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种图腾柱电路的启动方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图2是根据本申请实施例的一种图腾柱电路的启动方法的流程图，该图腾柱电路包括至少一相高频开关管，如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤S202，采集图腾柱电路的输入电压和输出电压。

上述图腾柱电路的输入为直流输入，本实施例的上述图腾柱电路可以是直流输入的单相或多相图腾柱电路，也可以是图腾柱PFC电路以及其多种变型。可以应用于升压以及功率因数校正的场景中，其负载可以是需要直流输入的工业设备、电动汽车等。在应用时，图腾柱电路的输入端接入直流电源，输出端接入负载或者多级变换电路即可。一相高频开关管中可以包括两个高频开关管，结合图1所示的拓扑图，两个高频开关管S11、S12和两个低频开关管SN1、SN2构成其中一相，另外两个高频开关管S21、S22和两个低频开关管SN1、SN2构成另一相，低频开关管SN1、SN2被多相高频开关管所复用。

上述高频开关管为高频功率管，例如：GaN(氮化镓)MOSFET、SiC(碳化硅)MOSFET、也可以为Si(硅)MOSFET等；低频开关管为低频功率管，可以为GaN(氮化镓)MOSFET、SiC(碳化硅)MOSFET、也可以为Si(硅)MOSFET，也可以为Si(硅)或者SiC(碳化硅)二极管等。

步骤S204，当输出电压等于输入电压绝对值时，控制高频开关管导通或关断，使输出电压升高。

步骤S206，当输出电压升高至目标电压，图腾柱电路就能够以TCM或CRM模式进入工作状态。

具体的，上述输入电压为直流电，上述目标电压是可以使图腾柱电路实现TCM/CRM启动的电压，也即，当图腾柱电路的输出电压达到目标电压时，该图腾柱电路即可实现以TCM/CRM的方式正常工作。

由于图腾柱电路可以被应用在不同的场景中，因此其每次使用时的输入电压并不一定相同。为了在图腾柱电路处于不同情况下都能够确定目标电压，可以设置一个预设的电压阈值，在确定图腾柱电路的输入电压后，根据输入电压和预设的电压阈值即可得到图腾柱电路此时对应的目标电压。在一种可选的实施例中，图腾柱电路的输入电压为Vin，预设的电压阈值为△V，则上述目标电压V1＝Vin+△V。

上述目标电压大于图腾柱电路的输入电压，但需要与输入电压保持何种压差，需要根据图腾柱电路的实际情况来确定，可选的，目标电压大于输入电压且可以与输入电压的压差大于30V。

在上述方案中，当输出电压达到目标电压时，图腾柱电路即可进入TCM/CRM模式工作；而当输出电压等于输入电压但还未达到目标电压时，则可以图腾柱电路中任意一相或多相的高频上下管的导通和关断，促使该相功率电感储能和释放，以提供输出电压继续上升的效果。具体的，对高频开关管的控制可以是控制高频开关管的导通时间来使高频功率管发波，进而使图腾柱电路的输出电压缓慢提升。

在一种可选的实施例中，对于多相交错的图腾柱电路，可以是仅控制其中一相高频开关管导通或关断；在另一种可选的实施例中，对于多相交错图腾柱电路，还可以是控制多相高频开关管导通或关断，以达到母线电容C升压的目的。

为了使图腾柱电路能够实现TCM/CRM模式的，需要其输出端的电压大于输入电压的绝对值。在直流输入的图腾柱电路中，可以向图腾柱电路的输出端另外施加电压，以使其满足TCM/CRM模式启动的条件，在这种情况下，图腾柱电路具有两个输入源，一个为接入图腾柱电路输入端的直流输入源，另一个为接入图腾柱电路输出端的输入源。而通过本申请上述方案，仅需要对图腾柱电路中的至少一相高频开关管进行控制，即可来实现TCM/CRM模式的启动，从而无需在图腾柱电路的输出端单独施加外部的电源。

由上可知，本申请上述实施例中，采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；当图腾柱电路的输出电压等于输入电压绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，使输出电压持续升高；当输出电压升高至目标电压时，结束启动，图腾柱电路就达到进入三角波电流模式或临界模式的工作条件。上述方案当输出电压上升至输入电压时，通过对图腾柱电路中的至少一相高频开关管进行控制，来实现TCM/CRM模式的启动，从而无需在图腾柱电路的输出端单独施加用于为输出母线电压提供高于输入电压的一个电压的外部电源，解决了现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的技术问题。

作为一种可选的实施例，图腾柱电路还包括与电阻串联后串联接入电源的第一继电器和直接串联接入电源的第二继电器，第一继电器与电阻串联后与第二继电器并联，其中，当图腾柱电路未启动时，通过控制第一继电器导通并控制第二继电器断开以使图腾柱电路的输出电压升高，输出电压被建立，当输出电压升高至与图腾柱电路的输入电压相同时，上述方法还包括：控制第一继电器关断并控制第二继电器导通。

在上述方案中，结合图1所示，继电器K1即为上述第一继电器，继电器K2即为上述第二继电器。在图腾柱电路导通前，输出电压为零，输出电压低于输入电压，此时控制继电器K1导通，并控制继电器K2断开，从而构成RC回路为母线电容充电，图腾柱电路中的高频管和低频管均为不导通状态，输出电压不断升高。当输出电压升高与等于输入电压时，控制继电器K2导通并控制继电器K1断开。

由于继电器K1与一大电阻串联后接入电源，因此能够防止图腾柱电路在刚导通时由于电流过大而对器件造成损耗。

图3是根据本申请实施例的一种控制图腾柱电路启动的流程图。仍以图1所示的图腾柱电路为例进行说明，在一种可选的实施例中，控制图腾柱电路导通包括如下几个步骤：

S301，设置继电器K1导通，继电器K2断开，RC充电；设置所有高低频管为关闭状态；维持T1时间，直到输出电压达到或足够接近于输入电压的绝对值。

上述T1时间即为输出电压升压至输入电压或足够接近于输入电压的绝对值所需的时间。

S302，当t＝T1时，设置继电器K2导通，继电器K1断开；设置所有高低频管为关闭状态。

在上述步骤中，当t＝T1时，输出电压升压至输入电压或足够接近于输入电压所需的时间，此时将继电器K2导通并将继电器K1断开。

S303，当T1

在上述方案中，高频主开关管的导通时间为Ton，高频续流开关管的关断时间为T-Ton-Td(T为开关周期，Td为死区时间)，以固定频率发波，直到输出电压高于输入电压Vin一定电压值ΔV后，即输出电压达到目标电压后，达到TCM/CRM条件。

作为一种可选的实施例，至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管，当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压持续升高，包括：确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通，续流开关管的导通时间为高频开关管的周期减去主开关管的初始导通时间和预设的死区时间；当输出电压逐渐升高时，控制主开关管的导通时间在初始导通时间的基础上按照预设步伐增加；其中，当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照固定频率发波，直至输出电压升高至目标电压。

具体的，上述第二开关管即为高频主开关管，上述第一开关管即为高频续流开关管。例如，在图1所示的图腾柱电路，接入N端的S11和S21为主开关管，接入L端的S12和S22为续流开关管。在主开关管的第一导通时间不断增加的过程中，对于存在体二极管的续流开关管，可以通过给其到通信号来控制其第二导通时间不断减少，也可以不对第一开关管进行控制，而使续流开关管利用体二极管自然续流；而对于不存在体二极管的续流开关管，则必须控制其第二导通时间不断减少。

初始导通时间可以为图腾柱电路的最小发波脉冲时间，该最小发波脉冲时间可以根据控制器的计数精度和图腾柱电路中其他驱动元器件来确定。通过给定足够小的初始导通时间(例如小于1％开关周期时间的某个占空比)，以保证电感电流在多次开关所形成的不可避免的电感电流积累值，不超过高频管体二极管所能承受的满足其可靠工作的、同时电感在饱和限值内的最大电流iLmax，同时能够尽快完成启机并达到TCM/CRM控制条件。

上述初始导通时间可以是预设的时间，其与输入电压Vin、最大电感电流iLmax、功率电感L相关，可以提前给定，也可以实时计算。

图4是根据本申请实施例的一种图腾柱电路启动的流程图，在一种可选的实施例，结合图4所示，仍以图1中的图腾柱电路且正向直流电压输入为例，该图腾柱电路的启动包括如下步骤：

S401，设置满足TCM/CRM条件的第一电压值V1。

具体的，上述第一电压值V1即为目标电压。

S402，当运行时间大于等于T1时，控制至少一相高频下管导通时间为最小占空比Tonmin，高频上管导通时间为Tp-Tonmin。

具体的，上述第二开关管即为高频主开关管，上述第一开关管即为高频续流开关管。上述Tp为高频开关管的开关周期，T1为输出电压上升至输入电压的时间，在上述步骤中，当输出电压上升至输入电压时，控制至少一相高频主开关管导通时间为最小占空比Tonmin。

S403，逐渐增加高频主开关管导通时间Ton＝Tonmin+Tstep，高频续流开关管导通时间为Tp-Ton。

上述步骤中，高频主开关管的导通时间以Tstep为预设步伐，在Tonmin的基础上逐步增加。

S404，当运行时间大于T1+T2时，配置高频主开关管、续流开关管均不导通。

上述T2为输出电压由输入电压上升至目标电压的时间，或者当运行时间大于T1+T2时，输出电压到达目标电压，满足TCM/CRM模式的启动条件，此时配置高频主开关管、续流开关管均不导通。

图5是根据图3和图4中的方法进行图腾柱电路启动时的状态参数的变化示意图；结合图5所示，横轴表示时间，纵轴表示电压(Voltage)以及电感电流(InductorCurrent)。以正向直流电压输入为例，V1为目标电压，在运行T1时间时，输出电压由零上升至接近输入电压Vin；运行T1+T2时间时，输出电压上升至目标电压V1。iLmax为允许的最大电流，iL为电感电流，在T2阶段iL构成低侧主开关管驱动信号(Low SideDrive Signal)。由此可见，电感的实际电流未超过允许的最大电流。

作为一种可选的实施例，高频开关管包括：至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管，当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压持续升高，包括：确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通；当初始导通时间结束时，控制主开关管关断，并持续判断电感电流是否释放至零；如果电感电流未释放至零，则保持主开关管关断；如果电感电流释放至零，则控制主开关管按照预设的导通时间开始下一拍的导通，其中，在主开关管导通的过程中，反复循环每一拍的控制，其中，当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照渐变的频率发波，直至输出电压升高至目标电压。

具体的，上述预设的导通时间与输入电压Vin、最大电感电流iLmax、功率电感L相关，可以提前给定，也可以实时计算，例如，预设的导通时间小于等于L*iLmax/Vin。

在上述方案中，通过检测实时电感电流，并判断电感电流iL是否释放到零电流，来对高频开关管的导通和关断进行控制，以保证其工作在DCM断续模式，从而满足高频续流管反向恢复损耗最低，避免热损坏风险，直到输出电压高于输入电压的绝对值Vin一定电压值ΔV，满足进入TCM/CRM的工作条件。

图6是根据本申请实施例的另一种图腾柱电路启动的示意图，结合图6所示，仍以图1所示的图腾柱电路为例，图腾柱电路的启动包括如下步骤：

S601，启动前，1)设置满足TCM/CRM条件的第一电压值V1＝Vin+△V；2)设置最大允许占空比Ton2满足小于等于L*iLmax/Vin，其中，iLmax为电路所允许的最大电感电流，L为功率电感，Vin为输入电压；设置检测模块实时检测电感电流iL，用于触发高频管发波。

S602，当运行时间大于等于T1时。1)配置导通时间Ton小于等于Ton2；2)主开关管第一次导通。3)当前一拍导通时间结束时主开关管关断，持续判断电感电流是否释放至零；4)如果电感电流iL未释放至零，则保持主开关管关断；5)如果电感电流iL释放至零，则控制主开关管按照导通时间Ton开始下一拍的导通。6)重复循环每一拍的检测与控制。

S603，当图腾柱电路输出电压大于V1时，配置高频上主开关管、续流开关管均关断。

当图腾柱电路输出电压大于V1时，满足TCM/CRM模式的工作条件。

S604，准备TCM/CRM发波。

图7是根据图3和图6中的方法进行图腾柱电路启动时的状态参数的变化示意图；结合图7所示，横轴表示时间(Time)，纵轴表示电压(Voltage)以及电感电流(Current)。以正向直流电压输入为例，V1为目标电压，在运行T1时间时，输出电压由零上升至接近输入电压Vin；运行T1+T2时间时，输出电压上升至目标电压V1。iLmax为允许的最大电流，iL为电感电流，在T2阶段iL构成低侧主开关管驱动信号(Low Side Drive Signal)。由此可见，电感的实际电流未超过允许的最大电流。

作为一种可选的实施例，持续判断电感电流是否释放至零，包括：采样得到电感电流；将电感电流转换为对应的电压信号，并将电压信号与预设的电压阈值进行比对；当电压信号大于等于电压阈值时，确定电感电流未释放至零；当电压信号小于电压阈值时，确定电感电流释放至零。

具体的，上述电压阈值为实际能够判定电感电流为零电流的具体条件；电感电流对应的电压信号与电压阈值进行比较，从而确定触发高频管发波与否，类似于滞环控制逻辑。由于高频管发波初期的图腾柱电路输出电压低，开关周期会比较长，随着输出和输入建立电压差，开关周期会缩短，整个高频管的发波过程为变频发波。该控制逻辑可以通过纯硬件比较器触发实现，亦可以通过软件逻辑判定触发实现。

图8是根据本申请实施例的一种电感电流检测电路结构图，结合图8所示，通过电流采样电路801采集电感电流信号并转换为对应的电压信号；比较电路802将电感电流对应的电压信号与电压阈值进行比对，在电感电流对应的电压信号高于电压阈值的情况下，确定电感电流未释放至零并输出信号1，在电感电流对应的电压信号低于电压阈值的情况下，确定电感电流释放至零并输出信号2；信号1用于控制高频开关管和图腾柱电路中的低频开关管均关断，信号2用于控制主开关管按照预设的导通时间导通。数字信号触发电路803将得到的信号1或者信号2进行处理，得到适合数字信号处理器(DSP)接收的信号，并触发相应的高频开关管导通。

图9是根据图8的方式判断电感电流是否释放至零的信号示意图，结合图9所示，将电感电流取样信号与预设的电压阈值进行比对，即可得到比较电路的输出信号。

作为一种可选的实施例，当输出电压升高至目标电压时，在控制至少一相高频开关管导通或关断，在控制至少一相高频开关管关断之后，控制高频开关管均关断。

在控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压继续升高之后，输出电压达到了TCM/CRM模式的工作条件。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种图腾柱电路的启动电路的实施例，图10是根据本申请实施例的一种图腾柱电路的启动电路的示意图，结合图10所示，图腾柱电路包括功率模块，功率模块100包括至少一相高频开关管，该启动电路包括：

开关电路101，用于控制图腾柱电路的导通和关断；

检测电路102，用于采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；

控制器103，与检测电路连接，用于当输出电压等于图腾柱电路的输入电压的绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，以使输出电压继续升高，其中，当输出电压升高至目标电压时，图腾柱电路以三角波电流模式或临界模式进入工作状态。

本实施例的上述图腾柱电路可以是直流输入的单相或多相图腾柱电路，也可以是图腾柱PFC电路以及其多种变型。可以应用于升压以及功率因数校正的场景中，其负载可以是需要直流输入的工业设备、电动汽车等。在应用时，图腾柱电路的输入端接入直流电源，输出端接入负载或其他电路变换器即可。一相高频开关管中可以包括两个高频开关管，结合图1所示的拓扑图，两个高频开关管S11、S12和两个低频开关管SN1、SN2构成其中一相，另外两个高频开关管S21、S22和两个低频开关管SN1、SN2构成另一相，低频开关管SN1、SN2被多相高频开关管所复用。

上述高频开关管为高频功率管，例如：GaN(氮化镓)MOSFET、SiC(碳化硅)MOSFET、也可以为Si(硅)MOSFET等；低频开关管为低频功率管，可以为GaN(氮化镓)MOSFET、SiC(碳化硅)MOSFET、也可以为Si(硅)MOSFET，也可以为Si(硅)或者SiC(碳化硅)二极管等。

在上述方案中，控制图腾柱电路导通，可以是通过控制图腾柱电路中的开关管、继电器等电路的开关闭合，以控制图腾柱电路的启动。

具体的，上述输入电压为直流电，上述目标电压是可以使图腾柱电路实现TCM/CRM启动的电压，也即，当图腾柱电路的输出电压达到目标电压时，该图腾柱电路即可实现TCM/CRM工作。

由于图腾柱电路可以被应用在不同的场景中，因此其不同应用场合时的输入电压、输出电压并不一定相同。为了在图腾柱电路处于不同情况下都能够确定目标电压，可以设置一个预设的电压阈值，在确定图腾柱电路的输入电压后，根据输入电压和预设的电压阈值即可得到图腾柱电路此时对应的目标电压。在一种可选的实施例中，图腾柱电路的输入电压为Vin，预设的电压阈值为△V，则上述目标电压V1＝Vin+△V。

上述目标电压大于图腾柱电路的输入电压，但需要与输入电压保持何种压差，需要根据图腾柱电路的实际情况来确定，可选的，目标电压大于输入电压且可以与输入电压的压差大于30V。

在上述方案中，当输出电压达到目标电压时，图腾柱电路即可进入TCM/CRM模式；而当输出电压升高至输入电压但还未达到目标电压时，则可以图腾柱电路中任意一相或多相的高频上下管的导通和关断，促使该相功率电感储能和释放，以提供输出电压继续上升的效果。具体的，对高频开关管的控制可以是控制高频开关管的导通时间来使高频功率管发波，进而使图腾柱电路的实际输出电压缓慢提升。

在一种可选的实施例中，对于多相交错的图腾柱电路，可以是仅控制其中一相高频开关管导通或关断，在另一种可选的实施例中，对于多相交错图腾柱电路，还可以是控制多相高频开关管导通或关断，以达到母线电容C升压的目的。

为了使图腾柱电路能够实现TCM/CRM模式的启动，需要其输出端的电压大于输入电压的绝对值。在直流输入的图腾柱电路中，可以向图腾柱电路的输出端另外施加电压，以使其满足TCM/CRM模式启动的条件，在这种情况下，图腾柱电路具有两个输入源，一个为接入图腾柱电路输入端的直流输入源，另一个为接入图腾柱电路输出端的输入源。而通过本申请上述方案，仅需要对图腾柱电路中的至少一相高频开关管进行控制，即可达到实现输出电压从零启动，直接进入TCM/CRM工作模式，从而无需在图腾柱电路的输出端单独施加外部的电源。

由上可知，本申请上述实施例中，在直流输入条件下，采集输入电压和输出电压，控制图腾柱电路的导通和关断，使得输出电压持续升高，并达到三角波电流(TCM)或临界电流(CRM)模式稳定工作的初始条件，完成图腾柱电路的启动。其中，图腾柱电路包括至少一相高频开关管；在输出电压上升的过程中，采集图腾柱电路的输入电压和输出电压；当图腾柱电路的输出电压等于输入电压绝对值时，控制至少一相高频开关管导通或关断，使输出电压持续升高；当输出电压升高至目标电压时，结束启动，图腾柱电路就达到进入三角波电流模式或临界模式的工作条件。本发明解决了现有技术中直流输入图腾柱电路难以实现TCM/CRM模式的启动的技术问题。

作为一种可选的实施例，开关电路包括：与电阻串联后串联接入电源的第一继电器和直接串联接入电源的第二继电器，其中，第一继电器与电阻串联后与第二继电器并联；其中，控制器还用于图腾柱电路未启动时，通过控制第一继电器导通并控制第二继电器断开以使图腾柱电路的输出电压升高，输出电压建立；当输出电压升高至与图腾柱电路的输入电压相同时，控制第一继电器关断并控制第二继电器导通。

在上述方案中，结合图1所示，继电器K1即为上述第一继电器，继电器K2即为上述第二继电器。在图腾柱电路导通前，输出电压为零，输出电压低于输入电压，此时控制继电器K1导通，并控制继电器K2断开，从而构成RC回路为母线电容充电，图腾柱电路中的高频管和低频管均为不导通状态，输出电压不断升高。当输出电压升高与等于输入电压时，控制继电器K2导通并控制继电器K1断开。

由于继电器K1与一大电阻串联后接入电源，因此能够防止图腾柱电路在刚导通时由于电流过大对器件的损耗。

作为一种可选的实施例，至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管；其中，在一种控制方式下，控制器还用于确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压的绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通，续流开关管的导通时间为高频开关管的周期减去主开关管的初始导通时间和预设的死区时间。当输出电压逐渐升高时，控制主开关管的导通时间在初始导通时间的基础上按照预设步伐增加；其中，当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照固定频率发波，直至输出电压升高至目标电压。

具体的，上述第二开关管即为高频主开关管，上述第一开关管即为高频续流开关管。例如，在图1所示的图腾柱电路，接入N端的S11和S21为主开关管，接入L端的S12和S22为续流开关管。在主开关管的第一导通时间不断增加的过程中，续流开关管的第二导通时间不断减少，也可以不对第一开关管进行控制，而使续流开关管利用体二极管自然续流。

初始导通时间可以为图腾柱电路的最小发波脉冲时间，该最小发波脉冲时间可以根据控制器的计数精度和图腾柱电路中其他驱动元器件来确定。通过给定足够小的初始导通时间(例如小于1％开关周期时间的某个占空比)，以保证电感电流在多次开关所形成的不可避免的电感电流积累值不超过高频管体二极管所能承受的满足其可靠工作的、同时电感在饱和限值内的最大电流iLmax，同时能够尽快完成启机并达到TCM/CRM控制条件。

上述初始导通时间可以是预设的时间，其与输入电压Vin、最大电感电流iLmax、功率电感L相关，可以提前给定，也可以实时计算。

作为一种可选的实施例，至少一相高频开关管包括：至少一相高频开关管包括：接入图腾柱电路半桥上桥臂的第一开关管和接入半桥下桥臂的第二开关管，其中，当图腾柱电路为正电压输入时，第一开关管为续流开关管，第二开关管为主开关管，当图腾柱电路为负电压输入时，第一开关管为主开关管，第二开关管为续流开关管，在另一种控制方式下，控制器还用于确定预设的初始导通时间；当输出电压等于输入电压绝对值时，控制主开关管以初始导通时间开通；当前一拍初始导通时间结束时，控制主开关管关断，并持续判断电感电流是否释放至零；如果电感电流未释放至零，则保持主开关管关断；如果电感电流释放至零，则控制主开关管按照预设的导通时间开始下一拍的导通，其中，在主开关管导通的过程中，反复循环每一拍的控制。当主开关管关断时，如果续流开关管存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号或不向续流开关管发送导通信号，如果续流开关管不存在体二极管，则向续流开关管发送导通信号，在主开关管导通或续流开关管导通的过程中，图腾柱电路按照渐变的频率发波，直至输出电压升高至目标电压；

其中，控制器包括：电感电流采样电路，用于将电感电流转换为对应的电压信号；比较电路，用于将电压信号与预设的电压阈值进行比对，得到比对结果；数字信号触发电路，用于根据比对结果输出对应的控制信号，其中，当电压信号大于等于电压阈值时，确定电感电流未释放至零，当电压信号小于电压阈值时，确定电感电流释放至零，控制信号用于控制主开关管按照预设的导通时间进行导通；数字信号处理器，用于根据控制信号控制至少一相高频开关管导通或关断。

具体的，上述电压阈值为实际能够判定电感电流为零电流的具体条件；电感电流对应的电压信号与电压阈值进行比较，从而确定触发高频管发波与否，类似于滞环控制逻辑。由于高频管发波初期的输出电压低，整个高频管的发波过程为变频发波。该控制逻辑可以通过纯硬件比较器触发实现，亦可以通过软件逻辑判定触发实现。

图8是根据本申请实施例的一种电感电流检测电路结构图，结合图8所示，通过电流采样电路801采集电感电流信号并转换为对应的电压信号；比较电路802将电感电流对应的电压信号与电压阈值进行比对，在电感电流对应的电压信号高于电压阈值的情况下，确定电感电流未释放至零并输出信号1，在电感电流对应的电压信号低于电压阈值的情况下，确定电感电流释放至零并输出信号2；信号1用于控制高频开关管和图腾柱电路中的低频开关管均关断，信号2用于控制第一开关管按照预设的导通时间导通。数字信号触发电路803将得到的信号1或者信号2进行处理，得到适合数字信号处理器(DSP)接收的信号，并触发相应的高频开关管导通。

上述预设的导通时间与输入电压Vin、最大电感电流iLmax、功率电感L相关，可以提前给定，也可以实时计算，例如，预设的导通时间小于等于L*iLmax/Vin。

在上述方案中，通过检测实时电感电流，并判断电感电流iL是否释放到零电流，来对高频开关管的导通和关断进行控制，以保证其工作在DCM断续模式，从而满足高频续流管反向恢复损耗最低，避免热损坏风险，直到输出电压高于输入电压Vin一定电压值ΔV，满足进入TCM/CRM的启动条件。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。