电压纹波抑制方法和环路

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种电压纹波抑制方法和环路。

背景技术

传统的LLC(谐振电路)一般是工作在调频状态，即通过调节开关管的开关频率来控制输出电压的大小。在稳定工作后，其开关频率是稳定的，而由于LLC工作的频率较高，因此在测试EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)时其频率产生的干扰会影响测试的结果。若使用加入抖频的话，LLC的输出电压会产生抖动使得输出电压纹波变大，不满足电路指标如电池使用寿命等要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电压纹波抑制方法和环路，用于解决在谐振电路加入抖频时输出电压纹波过大的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种电压纹波抑制方法，应用在谐振电路或者谐振拓扑电路，所述方法包括：

获取所述谐振电路或者所述谐振拓扑电路的输出电压；

根据所述输出电压得到电压控制信号；

获取预设抖频信号；

将所述电压控制信号和所述预设抖频信号相加得到PWM的控制频率；

根据所述预设抖频信号和所述输出电压获取所述PWM的移相值；

根据所述PWM的所述控制频率和所述PWM的所述移相值产生所述PWM驱动给开关管，以抑制所述谐振电路或者所述谐振拓扑电路的输出电压纹波。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述输出电压得到电压控制信号，包括：

获取上位机下发的电压设定指令；

根据所述电压设定指令获取电压参考值；

将所述电压参考值减去所述输出电压，得到电压误差值；

将所述电压误差值输入到电压环路控制器中，得到所述电压控制信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述获取预设抖频信号，包括：

获取预设抖频周期；

获取抖频幅值；

根据所述预设抖频周期和所述抖频幅值获取所述预设抖频信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述预设抖频信号和所述输出电压获取所述PWM的移相值，包括：

根据所述预设抖频周期和所述电压误差值获取所述PWM的所述移相值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述预设抖频周期和所述电压误差值获取所述PWM的所述移相值，包括：

采用积分器对所述预设抖频周期上的所述电压误差值进行积分，得到积分值；

将所述积分值与抖频环路控制系数相乘，得到所述PWM的所述移相值。

第二方面，本申请实施例提供一种电压纹波抑制环路，应用在谐振电路或者谐振拓扑电路，所述电压纹波抑制环路，包括：

第一数据处理器，用于获取所述谐振电路或者所述谐振拓扑电路的输出电压；

电压环路控制器，用于根据所述输出电压得到电压控制信号；

抖频发生器，用于获取预设抖频信号；

第二数据处理器，用于将所述电压控制信号和所述抖频信号相加得到PWM的控制频率；

抖频纹波抑制环路，用于根据所述预设抖频信号和所述输出电压获取所述PWM的移相值；

PWM产生模块，用于根据所述PWM的所述控制频率和所述PWM的所述移相值产生所述PWM驱动给开关管，以抑制所述谐振电路或者所述谐振拓扑电路的输出电压纹波。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一数据处理器还用于：

获取上位机下发的电压设定指令；

根据所述电压设定指令获取电压参考值；

将所述电压参考值减去所述输出电压，得到电压误差值；

将所述电压误差值输入到电压环路控制器中，以通过所述电压环路控制器得到所述电压控制信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述抖频发生器还用于：

获取预设抖频周期；

获取抖频幅值；

根据所述预设抖频周期和所述抖频幅值获取所述预设抖频信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述抖频纹波抑制环路还用于：

根据所述预设抖频周期和所述电压误差值获取所述PWM的所述移相值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述抖频纹波抑制环路还用于：

采用积分器对所述预设抖频周期上的所述电压误差值进行积分，得到积分值；

将所述积分值与抖频环路控制系数相乘，得到所述PWM的所述移相值。

在本申请实施例中，首先获取谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压，并根据该输出电压得到电压控制信号，以使得谐振电路或者谐振拓扑电路的能够输出期望的电压，使得电路能够保持在输出恒压模式；然后获取预设抖频信号，并将该预设抖频信号和电压控制信号相加得到PWM的控制频率，以通过加入特定频率的抖频信号优化PWM的控制信号，使得谐振电路或者谐振拓扑电路因频率产生的电磁干扰下降；然后根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值，以利用该移相值控制输出电压的能量；最后根据PWM的控制频率和所述PWM的移相值综合产生PWM驱动对进行开关管的导通或截止的控制，利用PWM的移相值控制输出电压的能量，从而抑制输出电压波纹。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请实施例中一种电压纹波抑制方法的流程图；

图2是本申请实施例中一种电压纹波抑制环路的示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

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相同的字段，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。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

由于LLC工作的频率较高，在测试EMI时其频率产生的干扰会影响测试的结果。其中，当采用加入抖频的方式，将频率的范围控制在预设抖动的范围内时，可有效地降低测试EMI时因频率产生的干扰。然而，若采用加入抖频的方式，又会使得LLC的输出电压产生抖动，使得输出电压波纹变大，这样电路将达不到指标要求，采用加入抖频的方式目前不适合应用在谐振电路及其拓扑电路上。

输出电压纹波是指输出直流电压中含有的工频交流成分。也即，直流电压本来是一个固定的值，但在实际场景中直流电压很多时候是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不彻底，就会有剩余的交流成分，即使采用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。

本申请中，鉴于在谐振电路及其拓扑电路上采用加入抖频的方式会使得电路的输出电压纹波过大的问题，提出了一种电压纹波抑制方法。如图1所示，图1是本申请实施例中一种电压纹波抑制方法的流程图，该电压纹波抑制方法应用于谐振电路或者谐振拓扑电路，具体包括如下步骤：

S10：获取谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压。

其中，在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件(L或C)的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振，能够达到谐振状态的电路称为谐振电路。在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。谐振电路还可以有在其电路基础上进行拓扑的电路，称为谐振拓扑电路，例如CLLC拓扑在LLC的基础上，在副边增加了一个电容，使功率可以双向传输。而CLLLC拓扑的副边在CLLC的基础上增加了一个电感，可使电路结构对称。本申请中，谐振电路及在其基础上进行拓扑的电路，均可采用该电压纹波抑制方法。

在一实施例中，将获取谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压，以根据该输出电压对谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压的电压参考值进行控制，以使得输出电压在实际每次输出后，根据与输出电压的电压参考值的差值反馈实现电路的恒压输出。

S20：根据输出电压得到电压控制信号。

其中，电压控制信号是指对输出电压进行闭环环路控制的信号，具体可以通过调整脉冲宽度调制(Pulse width modulation，简称PWM)的方式实现，通过调整PWM，使得谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压发生变化。

S30：获取预设抖频信号。

其中，预设抖频信号是指采用在预设抖动范围内的频率信号。例如，原本谐振电路或者谐振拓扑电路的开关频率为F(Hz)，则可将抖动范围设置为±5Hz，加入F±5(Hz)频率的抖频信号，以根据该抖频信号降低电路在F频率产生的电磁干扰，可提高测试电磁干扰的准确度。

S40：将电压控制信号和预设抖频信号相加得到PWM的控制频率。

在一实施例中，电压控制信号是采用闭环环路得出的控制信号，其表征了电路在输出电压时所采用的开关频率。在添加预设抖频信号的情况下，需将电压控制信号和预设抖频信号相加作为电路实际采用的开关频率，该开关频率即PWM的控制频率。

S50：根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值。

在一实施例中，预设抖频信号的加入使得电路的输出电压产生了波纹，而在输出电压通过电压闭环环路控制的过程中产生了电压误差值。本申请中，把该输出电压产生的电压误差值看作是加入抖频信号所带来的必然结果，该电压误差值在时域上表现的能量近似于产生输出电压波纹的能量。本实施例中，将根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值，通过该PWM的移相值实现对输出电压波纹的能量控制，例如，通过增加时域上输出电压为0的时长来抑制输出电压波纹。

S60：根据PWM的控制频率和PWM的移相值产生PWM驱动给开关管，以抑制谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压纹波。

在一实施例中，PWM的控制频率是理想情况下(假设不会产生输出电压波纹)的控制频率，PWM的移相值是针对实际情况下会产生输出电压波纹而对输出电压的能量进行控制的移相值，两者结合后，可较大程度地抑制输出电压波纹，将输出电压波纹对应时域上的能量抑制住，不在输出电压中体现。

进一步地，在步骤S20中，即根据输出电压得到电压控制信号的步骤中，具体包括如下步骤：

S21：获取上位机下发的电压设定指令。

其中，在电压闭环环路中，电路将接受由上位机发送的电压设定指令，以根据该电压设定指令计算电压误差值，实现电路的恒压输出。

S22：根据电压设定指令获取电压参考值。

在一实施例中，电路接收电压设定指令后可根据指令得到对应的电压参考值，该电压参考值是电路期望的输出电压。

S23：将电压参考值减去输出电压，得到电压误差值。

在一实施例中，电路每次输出的实际电压和电压参考值可能不同，为了使得下一次的输出电压跟随电压参考值，将采用差值计算的方式得到电压误差值，把该电压误差值作为电压闭环环路的反馈对PWM信号进行控制。

S24：将电压误差值输入到电压环路控制器中，得到电压控制信号。

其中，该电压环路控制具体可以是PI控制器，经过该PI控制器的计算后，得到电压控制信号。

进一步地，在步骤S30中，即获取预设抖频信号的步骤中，具体包括如下步骤：

S31：获取预设抖频周期。

在一实施例中，为了降低谐振电路及相关拓扑电路由频率产生的干扰，可在稳定工作时电路的开关频率的抖动范围内设置多个频率，具体地，本实施例可对此设置预设抖频周期。

S32：获取抖频幅值。

在一实施例中，抖频幅值可根据输出电压进行设置。

S33：根据预设抖频周期和抖频幅值获取预设抖频信号。

可以理解地，一个波形信号需要周期(或频率)以及幅值确定，本申请中，根据预设抖频周期和抖频幅值，采用正弦或余弦等三角函数得到预设抖频信号。

进一步地，在步骤S50中，即根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值的步骤中，具体包括如下步骤：

根据预设抖频周期和电压误差值获取PWM的移相值。

进一步地，在步骤根据预设抖频周期和电压误差值获取PWM的移相值中，具体包括如下步骤：

S51：采用积分器对预设抖频周期上的电压误差值进行积分，得到积分值。

在一实施例中，电压误差值在时域上的积分是能量的体现。该能量实际上体现的是输出电压波纹的能量，通过在该预设抖频周期上对电压误差值进行积分，可以近似得到加入抖频信号后所产生的电压纹波能量。

S52：将积分值与抖频环路控制系数相乘，得到PWM的移相值。

在一实施例中，在得到积分值，将积分值与抖频环路控制系数相乘可确定PWM的移相值。其中，该抖频环路控制系数是根据电路实际参数情况预先设置的，会影响加入抖频信号后实际产生的电压纹波能量，本申请中通过将积分值与抖频环路控制系数相乘可确定精确的电压纹波能量，从而相应地得到PWM的移相值。该PWM的移相值可控制输出电压，使得PWM输出波形在特定相位所对应的输出电压为0，从而达到抑制电压纹波能量的目的。本申请中，可根据PWM的控制频率和PWM的移相值产生PWM驱动给开关管，通过该PWM的移相值控制开关管的导通和截止，使得在输出电压阶段的预设抖频周期对应的输出电压置为0，以抑制谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压纹波。

图2是本申请实施例中一种电压纹波抑制环路的示意图。图2还包括谐振拓扑电路，将谐振拓扑电路的输出电压作为第一数据处理器的输入。

具体地，该谐振拓扑电路为桥式双向变换器，包括左右两个全桥电路，每个全桥电路包括4个开关管。其中，Uin表示输入电压，Lr和Lm为左边全桥电路的电感，Cr为左边全桥电路的电容，ir表示流经Lr的电流，im表示流经Lm的电流，Cf表示右边全桥电路的电容，R表示负载电阻，io表示流经负载电阻的电流，vo表示R的电压，也即该谐振拓扑电路的输出电压。

输入电压将输入到电压波纹抑制环路中。该波纹抑制环路包括第一数据处理器、电压环路控制器、抖频发生器、第二数据处理器、抖频纹波抑制环路和PWM产生模块。具体地，该电压波纹抑制环路的执行逻辑如下：

步骤一：获取输出电压vo和电压参考值Uoref。

步骤二：根据Uerr＝Uoref-vo计算电压误差值，并通过环路控制器计算后得到环路输出值fUctrl。

步骤三：根据预设抖频周期Tf，抖频幅值值Af产生抖频信号△f。

步骤四：将抖频信号△f与环路输出值fUctrl相加得到PWM的控制频率f。

步骤五：抖频纹波抑制环路根据预设抖频周期Tf和由输出电压vo得到的电压误差值Uerr，通过积分器计算得到PWM的移相值phase。

步骤六：PWM产生模块根据PWM的控制频率f和PWM的移相值phase产生PWM驱动给开关管。

进一步地，图2中，当左边全桥电路左上角和右下角的开关管导通时，A点和B点的电压值为正，此时输出电压大于0，当左边全桥电路右上角和左下角的开关管导通时，A点和B点的电压值为负，此时输出电压小于0，当左边全桥电路左上角和右上角的开关管导通时，A点和B点的电压值为0，此时输出电压等于0。本申请中，通过计算得到的移相值phase可确定左边全桥电路左上角和右上角的开关管导通的时间，使得在该时间段内的电压值变为0，这实际上是将输出电压中纹波部分的能量给抑制住，使得输出电压纹波在输出电压中没有体现出来，从而实现电压输出波纹抑制的目的。

在本申请实施例中，首先获取谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压，并根据该输出电压得到电压控制信号，以使得谐振电路或者谐振拓扑电路的能够输出期望的电压，使得电路能够保持在输出恒压模式；然后获取预设抖频信号，并将该预设抖频信号和电压控制信号相加得到PWM的控制频率，以通过加入特定频率的抖频信号优化PWM的控制信号，使得谐振电路或者谐振拓扑电路因频率产生的电磁干扰下降；然后根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值，以利用该移相值控制输出电压的能量；最后根据PWM的控制频率和PWM的移相值综合产生PWM驱动对进行开关管的导通或截止的控制，利用PWM的移相值控制输出电压的能量，从而抑制输出电压波。

本申请还提供一种电压纹波抑制环路，应用在谐振电路或者谐振拓扑电路，电压纹波抑制环路，包括：

第一数据处理器，用于获取谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压；

电压环路控制器，用于根据输出电压得到电压控制信号；

抖频发生器，用于获取预设抖频信号；

第二数据处理器，用于将电压控制信号和抖频信号相加得到PWM的控制频率；

抖频纹波抑制环路，用于根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值；

PWM产生模块，用于根据PWM的控制频率和PWM的移相值产生PWM驱动给开关管，以抑制谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压纹波。

其中，预设抖频信号是指采用在预设抖动范围内的频率信号。例如，原本谐振电路或者谐振拓扑电路的开关频率为F(Hz)，则可将抖动范围设置为±5Hz，加入F±5(Hz)频率的抖频信号，以根据该抖频信号降低电路在F频率产生的电磁干扰，可提高测试电磁干扰的准确度。

在一实施例中，预设抖频信号的加入使得电路的输出电压产生了波纹，而在输出电压通过电压闭环环路控制的过程中产生了电压误差值。本申请中，把该电压误差值看做是加入抖频信号所带来的必然结果，该电压误差值在时域上表现的能量近似于产生输出电压波纹的能量。本实施例中，将根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值，通过该PWM的移相值实现对输出电压波纹的能量控制，例如，通过增加时域上输出电压为0的时长来抑制输出电压波纹。

在一实施例中，PWM的控制频率是理想情况下(假设不会常产生输出电压波纹)的控制频率，PWM的移相值是针对实际情况下会产生输出电压波纹而对输出电压的能量进行控制的移相值，两者结合后，可较大程度地抑制输出电压波纹，将输出电压波纹对应时域上的能量抑制住，不在输出电压中体现。

进一步地，第一数据处理器还用于：

获取上位机下发的电压设定指令。

根据电压设定指令获取电压参考值。

将电压参考值减去输出电压，得到电压误差值。

将电压误差值输入到电压环路控制器中，以通过电压环路控制器得到电压控制信号。

进一步地，抖频发生器还用于：

获取预设抖频周期。

获取抖频幅值。

根据预设抖频周期和抖频幅值获取预设抖频信号。

进一步地，抖频纹波抑制环路还用于：

根据预设抖频周期和电压误差值获取PWM的移相值。

进一步地，抖频纹波抑制环路还用于：

采用积分器对预设抖频周期上的电压误差值进行积分，得到积分值。

在一实施例中，电压误差值在时域上的积分是能量的体现。该能量实际上体现的是输出电压波纹的能量，通过在该预设抖频周期上对电压误差值进行积分，可以近似得到加入抖频信号后所产生的电压纹波能量。

将积分值与抖频环路控制系数相乘，得到PWM的移相值。

在一实施例中，在得到积分值后，将积分值与抖频环路控制系数相乘可确定PWM的移相值。其中，该抖频环路控制系数是根据电路实际参数情况预先设置的，会影响加入抖频信号后实际产生的电压纹波能量，本申请中通过将积分值与抖频环路控制系数相乘可确定精确的电压纹波能量，从而相应地得到PWM的移相值。该PWM的移相值可控制输出电压，使得PWM输出波形在特定相位所对应的输出电压为0，从而达到抑制电压纹波能量的目的。本申请中，通计算得到的移相值，可根据PWM的控制频率和PWM的移相值产生PWM驱动给开关管，通过该PWM的移相值控制开关管的导通和截止，使得在输出电压阶段的预设抖频周期对应的输出电压置为0，以抑制谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压纹波。

本申请中，通过计算得到的移相值phase可确定左边全桥电路左上角和右上角的开关管导通的时间，使得在该时间段内的电压值变为0，这实际上是将输出电压中纹波部分的能量给抑制住，使得输出电压纹波在输出电压中没有体现出来，从而实现电压输出波纹抑制的目的。

在本申请实施例中，首先获取谐振电路或者谐振拓扑电路的输出电压，并根据该输出电压得到电压控制信号，以使得谐振电路或者谐振拓扑电路的能够输出期望的电压，使得电路能够保持在输出恒压模式；然后获取预设抖频信号，并将该预设抖频信号和电压控制信号相加得到PWM的控制频率，以通过加入特定频率的抖频信号优化PWM的控制信号，使得谐振电路或者谐振拓扑电路因频率产生的电磁干扰下降；然后根据预设抖频信号和输出电压获取PWM的移相值，以利用该移相值控制输出电压的能量；最后根据PWM的控制频率和PWM的移相值综合产生PWM驱动对进行开关管的导通或截止的控制，利用PWM的移相值控制输出电压的能量，从而抑制输出电压波纹。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。