[發明專利]壓電變壓器在電路中的驅動控制方法及電路

無效

• 申請號: 201010101680.8
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN102231618A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 周偉革;都金龍
• 申請（專利權）人: 北京為華新光電子有限公司
• 主分類號: H02P13/00
• 分類號: H02P13/00
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所 11276
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發明涉及一種電路中應用壓電變壓器的驅動控制方法及電路，尤其涉及一種壓電變壓器在電路中的驅動控制方法及電路，本發明屬于自動控制領域。

背景技術

壓電陶瓷變壓器是新興出現的功率電子元器件，其具有低EMI，良好的EMC特性，高效率，功率密度高，輕薄短小等特點。作為變壓器，其主要應用在各種電源產品上。壓電變壓器與電磁變壓器相比，最大的區別就是壓電變壓器的變比是在一個較窄的頻率范圍內，呈現非線性的變化(呈拋物線關系)，如圖1所示，當變壓器輸入信號頻率等于諧振頻率時，變壓器輸出、輸入電壓變比達到最大，即位于拋物線定點位置，輸入信號頻率小于或大于諧振頻率時，變壓器變比下降較快，遠離時，變壓器幾乎不工作；而對于傳統的電磁變壓器，其電壓變比在一個較寬的頻率范圍內，保持恒定。

在使用傳統電磁變壓器的開關電源中，通常使用的是PWM(脈沖寬度調制)來調整電源的輸出電壓在需要的范圍內。對于壓電變壓器，其工作的頻率范圍是在其諧振點和反諧振點之間，在此頻率區間之外，壓電變壓器的損耗很大，無法正常工作；同時，壓電變壓器的諧振點和反諧振點(即壓電變壓器的工作區域)會隨著負載和溫度發生變化。如圖2所示，為變比隨負載的變化；圖3為變比隨溫度的變化。隨著變壓器負載的逐漸增大，變比曲線向右移動，即諧振頻率向高頻方向移動。溫度變化時，變壓器變比隨溫度的升高而增大，同時諧振頻率也向高頻移動。如果采用傳統電磁變壓器的控制方式，固定頻率僅調節輸入變壓器脈沖寬度，那么對于壓電變壓器來說，設定一個固定的頻率，將無法滿足壓電變壓器在不同的負載和溫度條件下，此頻率都落在壓電變壓器的諧振頻率點和反諧振頻率點之間，由此導致壓電變壓器無法工作。調節壓電變壓器驅動電壓的頻率可以實現對輸出電壓的調節，即PFM(脈沖頻率調節)。實際使用中發現，單純通過PFM和PWM的控制方法，無法滿足輸入電壓波動范圍較大的問題。IEEE?TRANSACTIONS?ONPOWER?ELECTRONICS，VOL.18，NO.1，JANUARY?2003公開了一篇題為《Combined?PWM?and?PFM?Control?for?Universal?Line?Voltage?of?a?PiezoelectricTransformer?Off-Line?Converter》的文章，文中提到了一種將PWM和PFM相結合的方式對壓電變壓器進行控制，在實際的使用過程中可以滿足較大范圍的輸入電壓波動，但同時當出現負載和溫度波動范圍較大的情況時，壓電變壓器的工作頻率點出現了超出諧振點和反諧振點頻率范圍的問題，導致壓電變壓器沒有辦法正常工作。

發明內容

為了解決現有技術中壓電變壓器的工作頻率點出現了超出諧振點和反諧振點頻率范圍的問題，本發明提供一種壓電變壓器的驅動控制方法，使得在溫度和負載出現較大波動的情況下，壓電變壓器的工作頻率區間仍然能夠落在諧振點和反諧振點之間，同時當輸入電壓出現波動時，保證輸出電壓的穩定。

為實現上述目的，本發明提供了一種降壓型大功率壓電變壓器的驅動控制方法，包括：

偵測壓電變壓器的輸入電壓和輸出電壓相位差；

根據所述偵測到的所述輸入電壓和輸出電壓之間的相位差與設定的相位差定值比較，從而獲得變壓器工作頻率范圍；

將獲得的頻率范圍的初始頻率設為諧振點，以及終止頻率為反諧振點；

將所述諧振點所對應的壓電變壓器的輸出電壓與預先設定的基準電壓進行比較；

當壓電變壓器的輸出電壓偏低于所述基準電壓，則調整驅動壓電變壓器的脈沖寬度。

所述的壓電變壓器電源的驅動控制方法還包括以下步驟：

當壓電變壓器的輸出電壓偏高于所述基準電壓，增加驅動壓電變壓器的脈沖頻率；

然后將驅動變壓器的脈沖頻率與所述反諧振點的頻率進行比較，如果等于反諧振點的頻率，則調整驅動壓電變壓器的脈沖寬度；如果小于反諧振點的頻率，則將所述輸出電壓與所述基準電壓比較，如果輸出電壓偏低，則減少驅動變壓器的脈沖頻率。

當輸出電壓與所述基準電壓比較，輸出電壓偏高時，將重復執行增加壓電變壓器的驅動脈沖頻率。

所述壓電變壓器的輸出電壓的偵測是通過電阻分壓采樣。

所述將所述諧振點所對應的壓電變壓器的輸出電壓與預先設定的基準電壓進行比較是通過電壓比較器進行比較的。