三电平电路电压纹波的控制方法、装置、电子设备

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，尤其是涉及一种三电平电路电压纹波的控制方法、装置、电子设备。

背景技术

三电平电路可以工作在降压模式(Buck)、升降压模式(Buck-Boost)和升压模式(Boost)。能够通过模式切换灵活地实现输出高于或低于输入电压的电压，以满足设备中后续电路单元的需求。目前，三电平电路由于其优良的性能在手机等设备中得到了越来越多的应用。

然而，三电平电路在较高频率的交流负载下运行时，可能无法达到理想的负载电流跟踪能力，从而在对输入三电平电路的电压进行调节的过程中可能产生较大的电压波纹，影响设备的正常使用。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种三电平电路电压纹波的控制方法、装置、电子设备，用以降低三电平电路的电压纹波。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供了一种电平电路电压纹波的控制方法，包括：检测电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流；在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程；在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。

为了实现上述目的，本发明的实施方式还提供了一种三电平电路电压纹波的控制装置，包括：电流检测模块，用于检测电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流；第一电流调节模块，用于在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程；第二电流调节模块，用于在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。

为了实现上述目的，本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的三电平电路电压纹波的控制方法。

由于电感电流和负载电流直接关系着三电平电路的电压波纹，因而在本发明的实施方式中，首先检测判断电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流。

在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程。能够使得电感电流下降过程中的变化率不局限于功率单元处于第一状态下时所对应的变化率，实现提升电感电流变化的速度，进而实现有效降低电压波纹。

在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。能够使得电感电流升高过程中的变化率不局限于功率单元处于第一状态下时所对应的变化率，实现提升电感电流变化的速度，进而实现有效降低电压波纹。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明一实施方式中的三电平电路电压纹波的控制方法的流程示意图；

图2是根据本发明一实施方式中的三电平电路的结构示意图；

图3是根据本发明一实施方式中的三电平电路中功率单元的结构示意图；

图4是根据本发明一实施方式中的功率单元以第一状态运行时电流的流向示意图；

图5是根据本发明一实施方式中的功率单元以第二状态运行时电流的流向示意图；

图6是根据本发明一实施方式中的功率单元以第三状态运行时电流的流向示意图；

图7是根据本发明一实施方式中的检测电容电流的电路结构示意图；

图8是根据本发明一实施方式中的检测输出电压的电路结构示意图；

图9是根据本发明一实施方式中的三电平电路电压纹波的控制装置的结构示意图；

图10是根据本发明另一实施方式中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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。

本发明的一实施方式涉及一种三电平电路电压纹波的控制方法，包括：检测电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流；在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程；在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。

下面对本实施例中的三电平电路电压纹波的控制方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解本方案的实现细节，并非实施本方案的必须。具体流程如图1所示，可包括如下步骤：

步骤101，检测电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流。

在本发明的实施方式中，具体地说，三电平电路可以包括功率单元、驱动单元和控制单元。其具体结构可以参考如图2所示的结构示意图，功率单元可以参考图2中示出的“功率级”、驱动单元可以参考图2中示出的“驱动级”、控制单元可以参考图2中示出的“控制级”。其中，功率单元包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关（如图2中S1-S5所示）、输出电容（如图2中C

此外，在如图2或图3所示的电路结构中，在所述功率单元以所述第一状态运行时，所述第一开关、所述第二开关和所述第四开关闭合，所述第三开关和所述第五开关断开。此时功率单元中，电流的流向示意图可以如图4所示。具体电流流向可以由图4中示出的φ1所指示的电流流向所示。

在所述功率单元以所述第二状态运行时，所述第一开关、所述第三开关和所述第四开关闭合，所述第二开关和所述第五开关断开。此时功率单元中，电流的流向示意图可以如图5所示。具体电流流向可以由图5中示出的φ2所指示的电流流向所示。

在所述功率单元以所述第三状态运行时，所述第一开关、所述第三开关和所述第四开关断开，所述第二开关和所述第五开关闭合。此时功率单元中，电流的流向示意图可以如图6所示。具体电流流向可以由图6中示出的φ3所指示的电流流向所示。

上述三电平电路利用电压泵和buck电路实现升降压功能，具体可以工作在降压模式(Buck)、升降压模式(Buck-Boost)和升压模式(Boost)。在如图2所述的三电平电路工作在降压模式时，LX点的电压在输入电压和地点电压之间交替切换。进而通过LC滤波电路，三电平电路能够实现输出低于输入电压的输出电压。具体地，三电平电路处于降压模式，可以通过控制所述功率单元在第一状态和第二状态之间进行周期性切换来实现。此外值得说明的是，在三电平电路处于降压模式时，功率单元在第一状态下运行时，电感电流上升，且上升曲线的斜率为（V

在如图2所述的三电平电路工作在升压模式时，LX点的电压在二倍的输入电压和输入电压之间交替切换。进而通过LC滤波电路，三电平电路能够实现输出高于输入电压、且小于二倍输入电压的输出电压。具体地，三电平电路处于升压模式，可以通过控制所述功率单元在所述第一状态和第三状态之间进行周期性切换来实现。此外值得说明的是，在三电平电路处于升压模式时，功率单元在第一状态下运行时，电感电流下降，且下降曲线的斜率为（V

在如图2所述的三电平电路工作在升降压模式时，LX点的电压在二倍的输入电压、输入电压和地点电压之间切换。进而通过LC滤波电路，三电平电路能够实现输出接近于输入电压的输出电压。具体地，三电平电路处于升降压模式，可以通过控制所述功率单元在所述第三状态、所述第一状态和所述第二状态之间依次进行周期性切换来实现。此外值得说明的是，在三电平电路处于升降压模式时，功率单元在第三状态下运行时，电感电流上升，且上升曲线的斜率为（2xV

所述驱动单元包括第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器以及第五驱动器（可参考图2中示出的Driver_S1至Driver_S5），所述第一驱动器的输出端连接所述第一开关的控制端，所述第二驱动器的输出端连接所述第二开关的控制端，所述第三驱动器的输出端连接所述第三开关的控制端，所述第四驱动器的输出端连接所述第四开关的控制端，所述第五驱动器的输出端连接所述第五开关的控制端；

所述控制单元包括升压信号输出端（可参考图2中示出的T_Boost）和降压信号输出端（可参考图2中示出的T_Buck）；其中，所述升压信号输出端的正向输出端连接所述第五驱动器的输入端，所述升压信号输出端的反向输出端连接所述第一驱动器的输入端和所述第四驱动器的输入端；所述降压信号输出端的正向输出端连接所述第三驱动器的输入端，所述升压信号输出端的反向输出端连接所述第二驱动器的输入端。此外值得一提的是，根据需求每个驱动器可以包括功率开关驱动电路、死区时间控制电路、电平转移电路、使能电路等。

上述控制信号与功率单元的状态以及功率单元中各开关通断情况的对应关系表如表1所示：

表1控制信号、功率单元状态与各开关通断情况的对应关系表

在一个例子中，本步骤中涉及的检测电感电流是否需要调节可以具体包括：检测流经所述三电平电路的输出电容的电容电流；在所述电容电流高于第一预设阈值的情况下，判断出所述电感电流需要降低；在所述电容电流低于第二预设阈值的情况下，判断出所述电感电流需要升高。

当流经三电平电路的输出电容的电容电流超过第一预设阈值时，说明此时的电感电流高于负载电流，电感电流过高、需要降低。可以理解地，当流经三电平电路的输出电容的电容电流低于第二预设阈值时，说明此时电感电流低于负载电流，电感电流过低、需要升高。

在本例中，检测流经所述三电平电路的输出电容的电容电流，可以具体包括：通过电容电流检测电路检测流经所述三电平电路的输出电容的电容电流。通过电容电流检测电路检测流经所述三电平电路的输出电容的电容电流的电路结构示意图可以参考图7。

此外，值得一提的是，在如图7所示的三电平电路中，在通过电容电流检测电路完成电容电流的检测后，可以将检测得到的电容电流输出至与所述电容电流检测电路连接的电感电流加速判断单元（请参考图7中示出的“电感电流加速判断”）。可以理解地，电感电流加速判断单元能够将接收的电容电流与第一预设阈值或第二预设阈值进行比较，并在得到比较结果后向三电平电路的控制单元发送控制信号，通过控制单元实现在第一时间段中插入第二时间段或第三时间段。

在另一个例子中，本步骤中涉及的检测电感电流是否需要调节还可以具体包括：检测所述三电平电路的输出电压；在所述输出电压下降至低于预设的参考电压的情况下，判断出所述电感电流需要升高；在所述输出电压上升至高于所述预设的参考电压的情况下，判断出所述电感电流需要降低。

具体地本例中可以利用与三电平电路连接的comp电流检测电路单元以及电感电流加速判断单元用以检测三电平电路的输出电压，并根据检测结果控制功率单元的运行状态。本例涉及的电路结构示意图可以参考图8。在如图8所示的comp电流检测电路单元以及电感电流加速判断单元中（如图8中“comp电流检测电路及电感电流加速判断”所示），可以利用误差放大器（Error Amplifier，简称“EA”）输出的V

步骤102，在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程。

三电平电路处于升压模式时，在功率单元运行在第一状态时，电感电流下降，且下降曲线的斜率为（V

步骤103，在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。

三电平电路处于降压模式时，在功率单元运行在第一状态时，电感电流上升，且上升曲线的斜率为（V

值得一提的是，在检测电感电流是否需要调节的步骤中可以加入一定的迟滞或时间延迟，能够实现增加鲁棒性。

对于三电平电路，输出电压的纹波取决于流过输出电容的电流（Δv=Ic*Δt/C），而输出电容的电流是电感电流和负载电流的差值（Ic=I

由于电感电流直接关系着三电平电路的电压波纹，因而在本发明的实施方式中，首先检测判断电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流。

在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程。能够使得电感电流下降过程中的变化率不局限于功率单元处于第一状态下时所对应的变化率，实现提升电感电流变化的速度，即提高三电平电路的负载电流跟踪能力，进而能够实现有效降低电压波纹。

在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。能够使得电感电流升高过程中的变化率不局限于功率单元处于第一状态下时所对应的变化率，实现提升电感电流变化的速度，进而实现有效降低电压波纹。

本实施方式在检测到电感电流需要调节时，在预设的三电平电路的功率单元以第一状态运行的时间中插入使功率单元以第二或第三状态运行的时间，从而提高三电平电路电感电流的变化率，提高电感电流的负载电流跟踪能力，进而实现降低电压纹波。

本发明的一实施方式涉及一种三电平电路电压纹波的控制装置，如图9所示，包括：

电流检测模块901，用于检测电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流；

第一电流调节模块902，用于在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程；

第二电流调节模块903，用于在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。

在一个例子中，电流检测模块901，还可以用于检测流经所述三电平电路的输出电容的电容电流；在所述电容电流高于第一预设阈值的情况下，判断出所述电感电流需要降低；在所述电容电流低于第二预设阈值的情况下，判断出所述电感电流需要升高。

在另一个例子中，电流检测模块901，还可以用于检测所述三电平电路的输出电压；在所述输出电压下降至低于预设的参考电压的情况下，判断出所述电感电流需要升高；在所述输出电压上升至高于所述预设的参考电压的情况下，判断出所述电感电流需要降低。

对于三电平电路，其在较高频率的交流负载下运行时，其中的电感电流变化率受限，电感电流的变化速度可能较慢，从而在对输入三电平电路的电压进行调节的过程中可能产生较大的电压波纹，影响设备的正常使用。

由于电感电流直接关系着三电平电路的电压波纹，因而在本发明的实施方式中，首先检测判断电感电流是否需要调节；其中，所述电感电流为流经所述三电平电路中的电感的电流。

在检测出所述电感电流需要降低的情况下，若所述三电平电路处于升压模式或升降压模式，则在每段预设的功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第二时间段，并在所述第二时间段内将所述功率单元切换至在第二状态下运行；其中，所述功率单元为所述三电平电路的功率单元；其中，若所述三电平电路处于升压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于下降过程。能够使得电感电流下降过程中的变化率不局限于功率单元处于第一状态下时所对应的变化率，实现提升电感电流变化的速度，进而实现有效降低电压波纹。

在检测出所述电感电流需要升高的情况下，若所述三电平电路处于降压模式或升降压模式，则在每段预设的所述功率单元以第一状态运行的第一时间段中插入第三时间段，并在所述第三时间段内将所述功率单元切换至在第三状态下运行；其中，若所述三电平电路处于降压模式，在所述功率单元以所述第一状态运行时所述电感电流处于上升过程。能够使得电感电流升高过程中的变化率不局限于功率单元处于第一状态下时所对应的变化率，实现提升电感电流变化的速度，进而实现有效降低电压波纹。

值得一提的是，本发明上述实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明的实施例还提供一种电子设备，如图10所示，包括至少一个处理器1001；以及，与所述至少一个处理器1001通信连接的存储器1002；其中，存储器1002存储有可被至少一个处理器1001执行的指令，指令被至少一个处理器1001执行，以使至少一个处理器1001能够执行上述三电平电路电压纹波的控制方法。

其中，存储器1002和处理器1001采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器1001和存储器1002的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器1001处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器1001。

处理器1001负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器1002可以被用于存储处理器1001在执行操作时所使用的数据。

值得一提的是，本实施方式涉及的能够执行上述三电平电路电压纹波的控制方法的电子设备，还可以包括模拟信号检测和处理电路、逻辑控制电路。其中，模拟信号检测和处理电路通过检测三电平电路的模拟信号量，并对模拟信号量进行处理，经过逻辑控制电路生成升压控制信号和降压控制信号。模拟信号量包括但不限于输出电压、输入电压、电感电流等。对模拟信号量的处理，包括但不限于滤波、放大、积分、微分、比较、延时等。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果， 未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可以在不脱离本申请的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。