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CN112039319A - 驱动电路和驱动方法 - Google Patents

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CN112039319A CN202010813834.XA CN202010813834A CN112039319A CN 112039319 A CN112039319 A CN 112039319A CN 202010813834 A CN202010813834 A CN 202010813834A CN 112039319 A CN112039319 A CN 112039319A
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Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
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Abstract

依据本发明的实施例揭露了一种驱动电路和驱动方法，本发明的驱动电路包括储能电容、第一功率变换器和双向变换器，所述第一功率变换器输出端耦接相互并联的负载和所述储能电容，所述双向变换器耦接在所述负载和所述储能电容之间；在轻载区间，所述第一功率变换器向负载提供能量，且至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向储能电容提供能量；在重载区间，所述第一功率变换器向负载提供能量，并且所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。本发明的驱动电路可用于驱动平均功率低而峰值功率高的负载，降低了第一功率变换器的最大功率需求，减小了储能电容的容量，进一步减小了储能电容的体积。

Description

驱动电路和驱动方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种驱动电路和驱动方法。
背景技术
随着负载类型、用途以及应用场合的日益广泛，对于负载的驱动电路也提出了更高的要求。现有技术中负载的驱动电路为功率变换器，如图1所示，直接利用第一功率变换器1对负载2进行驱动，所述第一功率变换器1具有最大输出功率。图2给出了图1中第一功率变换器的输出特性曲线。如图2所示，当负载太重时，会使得第一功率变换器1的输出电压Vout低于阈值电压VUVLO，从而触发保护机制，使得第一功率变换器1关闭或者重启。
但在一些应用场合，所述负载2工作期间，会存在负载需要的功率大于第一功率变换器1的最大输出功率的区间，即所述负载2的平均功率低于第一功率变换器1的最大输出功率，而其峰值功率高于第一功率变换器1的最大输出功率，如图3所示，负载2需要的平均功率P_Load_avg低于第一功率变换器1的最大输出功率Po_max，Po_max＝Vo_max*Io_max，在大部分轻载区间(例如t0-t1区间，t2-t3区间)，负载2需要的功率很低，此时第一功率变换器1可以提供负载所需的功率，但在重载区间(例如t1-t2区间)，负载2需要的功率P_Load_max高于第一功率变换器1的最大输出功率Po_max，会使得第一功率变换器1的输出电压Vout低于阈值电压VUVLO从而触发保护机制，此时第一功率变换器1无法提供负载2所需的功率。故现有技术的驱动电路不能驱动平均功率低而峰值功率高的负载。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种驱动电路和驱动方法，以解决现有技术不能驱动平均功率低而峰值功率高的负载的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种驱动电路，包括：储能电容；第一功率变换器，输出端耦接相互并联的负载和所述储能电容，用于生成直流信号，以在轻载区间和重载区间向负载提供能量；双向变换器，耦接在所述负载和所述储能电容之间；其中，至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向储能电容提供能量，在重载区间，所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。
优选地，当所述双向变换器第一端的电压小于第一参考电压时，所述负载从轻载区间进入重载区间，其中，所述双向变换器的第一端为和所述负载耦接的一端。
优选地，在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过双向变换器向所述储能电容提供能量；在轻载区间的另一部分时间，所述双向变换器不工作，所述第一功率变换器不再向所述储能电容提供能量。
优选地，在轻载区间，所述第一功率变换器通过双向变换器向所述储能电容提供能量。
优选地，控制所述双向变换器的工作状态，以使得至少在轻载区间的一部分时间，所述双向变换器正向工作；在重载区间，所述双向变换器反向工作。
优选地，通过双向变换器向所述储能电容进行充放电，使得所述储能电容的电压的变化范围较大，减小了所述储能电容的容量。
优选地，根据所述双向变换器第一端的电压和所述储能电容的电压，判断是否允许所述储能电容进行充放电。
优选地，当所述双向变换器第一端的电压小于第一参考电压时，所述双向变换器使能，允许所述储能电容进行充放电。
优选地，当所述储能电容的电压大于第二参考电压时，所述双向变换器不工作，不允许所述储能电容进行充放电。
优选地，所述双向变换器包括电感，在所述双向变换器使能时，根据电感电流参考信号控制流过所述电感的电流的大小和方向，以使得所述双向变换器第一端的电压为第三参考电压，其中，所述电感电流参考信号根据所述双向变换器第一端的电压进行调节。
优选地，当所述双向变换器第一端的电压大于相应第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号增大以使得更多的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压；当所述双向变换器第一端的电压小于第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号减小，以使得更少的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压，或使得能量从所述储能电压传输到所述双向变换器的第一端。
优选地，在轻载区间，所述第一功率变换器的输出功率等于负载功率和所述双向变换器第一端的输入功率之和；在重载区间，所述负载功率等于所述第一功率变换器的输出功率和所述双向变换器第一端的输出功率之和。
优选地，所述双向变换器为双向DC-DC变换器。
优选地，在轻载区间，所述第一功率变换器的输出电流等于负载电流和所述双向变换器第一端的输入电流之和；在重载区间，所述负载电流等于所述第一功率变换器的输出电流和所述双向变换器第一端的输出电流之和。
优选地，所述驱动电路还包括控制电路，所述控制电路包括使能电路，接收表征所述双向变换器第一端的电压的第一采样信号、表征所述储能电容电压的第二采样信号、第一参考电压信号和第二参考电压信号，输出第一使能信号；当所述第一采样信号小于所述第一参考电压信号，所述第一使能信号有效，使能所述双向变换器，当所述第二采样信号大于所述第二参考电压信号，所述第一使能信号无效，所述双向变换器不工作。
优选地，所述双向变换器包括电感，所述控制电路还包括：
参考信号调节电路，接收所述第一采样信号和第三参考电压信号，输出并调节电感电流参考信号；
电感电流采样电路，采样表征电感电流的第一电流，并在第一电流上增加直流偏置，输出第二电流，所述第二电流为正值；
控制模块，用于接收电感电流参考信号、第二电流和第一使能信号，输出控制信号，以控制双向变换器的开关状态，从而控制所述电感电流的大小和方向；
其中，当所述第一采样信号大于所述第三参考电压信号时，控制所述电感电流参考信号增大以使得更多的能量从双向变换器的第一端传输到所述储能电压；当所述第一采样信号小于所述第三参考电压信号时，控制所述电感电流参考信号减小，以使得更少的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压，或使得能量从所述储能电压传输到所述双向变换器的第一端。
优选地，所述双向变换器为双向buck变换器，当所述双向变换器正向工作时，工作在buck状态；当所述双向变换器反向工作时，工作在boost状态。
优选地，所述双向变换器为双向boost变换器，当所述双向变换器正向工作时，工作在boost状态；当所述双向变换器反向工作时，工作在buck状态。
优选地，所述双向变换器为双向buck-boost变换器，当所述双向变换器正向工作时，先工作在buck状态，再工作在boost状态；当所述双向变换器反向工作时，先工作在buck状态，再工作在boost状态。
优选地，所述双向变换器包括限流电路，用于限制所述双向变换器正向工作时的最大输入电流或最大输出电流。
优选地，所述双向变换器为双向boost变换器，所述限流电路耦接在所述双向变换器的第一端和所述负载之间，以限制所述最大输入电流。
优选地，所述双向变换器为双向boost变换器，所述双向变换器包括功率开关，所述功率开关与所述储能电容耦接，所述限流电路和所述功率开关耦接，以限制所述最大输出电流。
优选地，所述双向变换器为双向buck-boost变换器，所述buck-boost电路包括功率开关，所述功率开关与所述负载耦接，当所述双向变换器正向工作在boost状态时，所述功率开关复用为限流电路。
优选地，所述限流电路为开关管，所述开关管工作在线性状态，通过控制所述开关管的控制端电压控制所述开关管的电阻，以控制所述最大输出电流或最大输入电流。
优选地，所述双向变换器为双向buck-boost变换器，所述buck-boost电路包括电感、第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关与所述负载耦接，所述第二功率开关和所述第一功率开关耦接，所述电感和所述第一功率开关和所述第二功率开关均耦接，所述第一功率开关工作在PWM状态，所述第二功率开关作为二极管，所述电感、第一功率开关和所述第二功率开关组成buck电路，从而复用为限流电路。
优选地，所述第一功率变换器为DC-DC变换器或AC-DC变换器。
第二方面，本发明实施例还提供了一种驱动方法，应用于驱动电路，所述驱动电路包括双向变换器、第一功率变换器和储能电容，所述第一功率变换器输出端耦接相互并联的负载和所述储能电容，所述双向变换器耦接在所述负载和所述储能电容之间，所述驱动方法包括：
在轻载区间和重载区间，所述第一功率变换器向所述负载提供能量；
至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向所述储能电容提供能量；
在重载区间，所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：本发明的驱动电路包括储能电容，第一功率变换器和双向变换器，所述第一功率变换器输出端耦接相互并联的负载和所述储能电容，所述双向变换器耦接在所述负载和所述储能电容之间；在轻载区间，所述第一功率变换器向负载提供能量，且至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向储能电容提供能量；在重载区间，所述第一功率变换器向负载提供能量，并且所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。本发明的驱动电路可以用于驱动平均功率低而峰值功率高的负载，且通过双向变换器对储能电容进行充放电，使得储能电容的电压变化范围较大，从而减小了储能电容的容量，即使用容量较小的储能电容，进而减小了储能电容的体积，进一步减小了驱动电路的体积和成本，并降低了第一功率变换器的最大功率需求。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为现有技术驱动电路的示意图；
图2为现有技术第一功率变换器的输出特性曲线；
图3为本发明负载的示例性工作波形图；
图4为本发明驱动电路的电路框图；
图5为本发明驱动电路的一种示例性工作波形图；
图6为本发明驱动电路的另一种示例性工作波形图；
图7为本发明的驱动电路的控制电路的示例性示意图；
图8为本发明驱动电路实施例一的电路示意图；
图9为本发明实施例一的控制电路示意图；
图10为本发明驱动电路实施例二的电路示意图；
图11为本发明实施例二的控制电路示意图；
图12为本发明实施例二的一种限流电路示意图；
图13为本发明实施例二的另一种限流电路示意图；
图14为本发明驱动电路实施例三的电路示意图；
图15为本发明实施例三的控制电路示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
图4为本发明驱动电路的电路框图，所述驱动电路用于驱动平均功率低而峰值功率高的负载，包括第一功率变换器11、储能电容(Cap)13和双向变换器14，第一功率变换器11的输出端耦接相互并联的负载12和所述储能电容13，所述双向变换器14耦接在所述负载12和所述储能电容13之间；所述第一功率变换器11用于生成直流信号，以在轻载区间和重载区间向负载12提供能量，同时，至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器11通过所述双向变换器14向储能电容13提供能量，在重载区间，所述储能电容13通过所述双向变换器14向所述负载12提供能量。
本发明驱动电路驱动的负载的应用场合：在负载12工作期间，存在一个或多个区间中，负载12所需要的功率大于所述第一功率变换器11的最大输出功率。在负载工作期间，负载12所需要的功率大于所述第一功率变换器11的最大输出功率的区间为重载区间，负载12所需要的功率小于或等于第一功率变换器11的最大输出功率的区间为轻载区间。可选的，所述负载为有源负载。优选的，所述负载为功率放大器，工作在要求输出的声音功率加大的场合，其工作波形会存在负载12所需要的功率大于所述第一功率变换器11的最大输出功率的区间。更进一步的，所述负载为D类放大器。需要说明的是，图3仅为本发明负载的一种示例性工作波形图，图3中负载的工作波为周期性的，且周期是固定的，但其他的实施例中，负载的工作波形也可以为非周期性的，或者其周期是不固定的，本发明对此不进行限制，任意负载工作区间存在重载区间的情况均在本发明的保护范围内。并且，图3中在不同的重载区间(t1-t2区间和t3-t4区间)，所述负载的峰值功率(即重载区间的负载功率)相同，但在其他的实施例中，在不同的重载区间，所述负载的峰值功率可以不相同，本发明对此不进行限制。后续为了描述方便，以图3所示的负载工作波形进行描述，但是本发明对负载的工作波形不进行限制。
所述第一功率变换器11用于输出直流信号，可以为DC-DC功率变换器或者AC-DC功率变换器。可选的，所述第一功率变换器为电源变换器或电源适配器。所述双向变换器为任意DC-DC双向变换器，例如双向buck变换器，双向boost变换器，双向buck-boost变换器，双向boost-buck变换器等。
可选的，在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器11通过双向变换器14向所述储能电容13提供能量；在轻载区间的另一部分时间，所述双向变换器14不工作，所述第一功率变换器11不再向所述储能电容13提供能量。例如对储能电容13的电压进行控制，当所处储能电容13的电压大于预设参考值时，所述第一功率变换器11不再向所述储能电容13提供能量。
可选的，在整个轻载区间，所述第一功率变换器11通过双向变换器14向所述储能电容13提供能量。例如不对储能电容13的充电进行控制，或对储能电容13的电压进行控制，但轻载期间较短，一直到轻载区间截止时刻，所述储能电容13的电压依然没有大于预设参考值。
进一步的，控制所述双向变换器14的工作状态，以使得至少在轻载区间的一部分时间，所述双向变换器14正向工作，所述储能电容13充电；在重载区间，所述双向变换器14反向工作，所述储能电容13放电。
本发明的驱动电路用于驱动平均功率低而峰值功率高的负载，在轻载区间，所述第一功率变换器向负载提供能量，且至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向储能电容提供能量；在重载区间，所述第一功率变换器向负载提供能量，并且所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。通过双向变换器对储能电容进行充放电，使得储能电容的电压变化范围较大，从而减小了储能电容的容量，即可以使用容量较小的储能电容，进而减小了储能电容的体积，进一步减小了驱动电路的体积，以最大程度地减小系统的成本和尺寸，并且降低了第一功率变换器的最大功率需求，即使得所述第一功率变换器的最大功率较低。具体的，储能电容13储存的能量Energy_Ccap的公式为Energy_Ccap＝1/2*C*(Vcp2-Vcv2)，其中C为储能电容13的容量，Vcp为储能电容13充电完成时的电压，Vcv为储能电容刚开始充电时的电压，在轻载区间，储能电容13上储存的能量Energy_Ccap需要高于重载区间负载12需要的超出第一功率变换器11可以提供的能量之外的能量。若驱动电路中没有双向变换器14，则储能电容13上的电压等于第一功率变换器11的输出电压，由于第一功率变换器11的输出电压的变化范围不大，从而储能电容13上的电压的变化范围Vcp-Vcv不大，即Vcp和Vcv相差不大，从而使得Vcp2-Vcv2的值不大，故在储存相同能量时，需要储能电容13的容量C较大。而本发明的驱动电路中在负载12和储能电容13之间耦接双向变换器14，所述储能电容13通过双向变换器14进行充放电，储能电容13上的电压独立于第一功率变换器11的输出电压，从而储能电容13电压的变化范围Vcp-Vcv可以较大，即Vcp和Vcv相差较大，从而使得Vcp2-Vcv2的值较大，故在储存相同能量时，使得储能电容13的容量C较小，减小了储能电容13的容量C，可以使用较小容量C的储能电容13。本发明相比没有双向变换器的方案的优势在于：通过双向变换器对所述储能电容进行充放电，储能电容的电压的变化范围较大，从而使得储能电容的容量较小，减小了储能电容的体积和数量。本发明所述的储能电容13可以是一个容量较小的电容，也可是多个容量更小的电容并联组成的容量较小的电容，本发明对此不进行限制。
可选的，作为一种控制实现方式，当所述双向变换器14第一端的电压小于第一参考电压时，所述负载从轻载区间进入重载区间，其中，所述双向变换器14第一端为和所述负载耦接的一端，所述双向变换器第二端为和所述储能电容耦接的一端。
进一步的，根据所述双向变换器14第一端的电压和所述储能电容13的电压，判断是否使能所述双向变换器14，即是否允许所述储能电容进行充放电，所述双向变换器14的第一端为其与负载耦接的一端。具体的，当所述双向变换器14第一端的电压小于第一参考电压时，所述双向变换器14使能，允许所述储能电容进行充放电。当所述储能电容13的电压大于第二参考电压时，所述双向变换器14不工作，不允许所述储能电容13进行充放电。可选的，所述第一参考电压等于第二参考电压。
进一步的，所述双向变换器14包括电感，在所述双向变换器14使能时，根据电感电流参考信号控制所述电感电流的大小和方向，以使得所述双向变换器14第一端的电压为第三参考电压，其中，所述电感电流参考信号根据所述双向变换器14第一端的电压进行调节。具体的，当所述双向变换器14第一端的电压大于相应第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号增大以使得更多的能量从所述双向变换器14的第一端传输到所述储能电压13；当所述双向变换器14第一端的电压小于第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号减小，以使得更少的能量从所述双向变换器14的第一端传输到所述储能电压13，或使得能量从所述储能电压13传输到所述双向变换器14的第一端。优选的，所述第三参考电压大于VUVLO，所述VUVLO为第一功率变换器11的最小输出电压。
图5为本发明驱动电路的一种示例性工作波形图，其中P_Load为负载12的功率，Po为第一功率变换器11的输出功率，P_ex为双向变换器14第一端的功率，Vcap为储能电容13的电压，P_Load_max负载12功率的最大值，Po_max为第一功率变换器11的最大输出功率，P_Load_min为负载12功率的最小值。
在t0-t1区间(或t2-t4区间)，负载12的功率P_Load小于所述第一功率变换器11的最大输出功率Po_max；
其中，在t0-t0’区间，第一功率变换器11不仅提供了负载12所需的功率，还对储能电容13提供能量，第一功率变换器11通过双向变换器14对储能电容13充电，使得储能电容13的电压Vcap从Vcv上升到Vcp，在此区间，所述第一功率变换器11的输出功率Po等于负载12的功率P_Load和所述双向变换器14第一端的功率P_ex之和(P_ex大于零，即P_ex为所述双向变换器14第一端的输入功率)；在t0’-t1区间，所述双向变换器14不工作，所述储能电容的电压保持在Vcp，第一功率变换器11仅提供了负载12所需的功率，在此区间，所述双向变换器14第一端的功率P_ex为零，所述第一功率变换器11的输出功率Po等于负载12的功率P_Load。
在t1-t2区间，负载12的功率P_Load大于所述第一功率变换器11的最大输出功率Po_max，负载12所需的功率由第一功率变换器11和储能电容13共同提供，储能电容13通过双向变换器14给负载12放电，使得储能电容13的电压从Vcp下降到Vcv，在此区间，所述负载12的功率P_Load等于所述第一功率变换器11的输出功率Po和所述双向变换器14第一端的功率P_ex的绝对值之和(P_ex小于零，即P_ex为所述双向变换器14第一端的输出功率)。
在部分轻载区间，第一功率变换器11通过双向变换器14给储能电容13储存能量，在重载区间，储能电容13通过双向变换器14给负载12提供超出第一功率变换器11最大输出功率Po_max之外的功率，从而使得图4所示的驱动电路驱动平均功率低而峰值功率高的负载。
此外，在轻载区间，储存在储能电容13上的能量需要高于重载区间，负载12需要的超出第一功率变换器11最大输出功率Po_max之外的功率。图5中所述储能电容13的电压上升变化范围和下降变化范围一致，均为Vcp-Vcv，但是本发明中储能电容13的电压上升变化范围无需和下降变化范围一致，在此进行说明。
图5中的工作波形图是所述第一功率变换器的输出功率Po、双向变换器14第一端的功率P_ex和负载12的功率P_Load随时间变化的波形，在控制过程中，相应功率均可以通过调节电压和/或电流去调节。本发明后续给一种示例性控制方式，即通过控制双向变换器14第一端的电压相对恒定(即使得双向变换器14第一端的电压等于第三参考电压)，以调节电流的方式去调节相应功率，但本发明对此不进行限制。进一步的，由于负载12的电压、第一功率变换器11的输出电压以及双向变换器第一端的电压相等，从而在此控制过程中，负载12的电压、第一功率变换器11的输出电压以及双向变换器第一端的电压均相对恒定，从而图5中的工作波形可以转化为如图6所述的相应电流随时间变换的工作波形图。如图6中，在轻载区间，所述第一功率变换器11的输出电流Io等于负载电流i_Load和所述双向变换器14第一端的电流i_ex之和；在重载区间，所述负载电流i_Load等于所述第一功率变换器的输出电流Io和所述双向变换器第一端的电流i_ex的绝对值之和。由于图6的波形和图5中的波形除了将相应功率变成相应电流外，其余完全相同，且后续的实施例均会结合图6的波形以具体说明工作过程，故在此不进行赘述。
图7为本发明的驱动电路的控制电路的示例性示意图；所述控制电路包括使能电路1411、参考信号调节电路1412、电感电流采样电路1413和控制模块1414。
所述使能电路1411接收表征所述双向变换器14第一端的电压Vin的第一采样信号V1、表征所述储能电容13的电压Vcap的第二采样信号V2、第一参考电压信号Vref1和第二参考电压信号Vref2，输出第一使能信号EN；当所述第一采样信号V1小于所述第一参考电压信号Vref1，所述第一使能信号EN有效，使能所述双向变换器14，当所述第二采样信号V2大于所述第二参考电压信号Vref2，所述第一使能信号EN无效，所述双向变换器14不工作。可选的，所述第一参考电压信号Vref1和第二参考电压信号Vref2相等，本发明对此不进行限制，后续为了便于描述，从而认为两者为一个电压参考信号，即第一参考电压信号Vref1，特此进行说明。
所述双向变换器14包括电感，参考信号调节电路1412接收所述第一采样信号V1和第三参考电压信号Vref3，输出并调节电感电流参考信号Iref，以调节流过所述电感的电流。并且，所述参考信号调节电路1412还设置了所述电感电流参考信号Iref的最大值和所述电感电流参考信号Iref的最小值。根据所述第一采样信号V1调节所述电感电流参考信号Iref，具体的，当所述第一采样信号V1大于所述第三参考电压信号Vref3时，控制所述电感电流参考信号Iref增大以使得更多的能量从双向变换器14的第一端传输到所述储能电压13，当所述第一采样信号V1小于所述第三参考电压信号Vref3时，控制所述电感电流参考信号Iref减小，以使得更少的能量从所述双向变换器14的第一端传输到所述储能电压13，或使得能量从所述储能电压13传输到所述双向变换器14的第一端。优选的，所述第三参考电压大于VUVLO，所述VUVLO为第一功率变换器11的最小输出电压。
所述电感电流采样电路1413采样表征电感电流的第一电流，并在第一电流上增加直流偏置，输出第二电流Isen，所述第二电流为正值，可选的，所述第一电流以从双向变换器14流向储能电容13的方向为正，所述第一电流可以为电感电流采样信号IL，在其他的实施例中，可以为流过双向变换器14中各个功率开关的电流的采样信号ISX，X取值可以为1～N，N为双向变换器14中功率开关的个数；
控制模块1414，用于接收电感电流参考信号Iref、第二电流Isen和第一使能信号EN，当第一使能信号EN有效时，输出控制信号Vc1～VcN，以分别控制双向变换器14中的各个功率开关S1～SN的导通和关断，控制双向变换器14的开关状态，从而控制所述电感电流的大小和方向，使得第二电流Isen接近电感电流参考信号Iref，进一步使得第一采样信号V1等于第三参考电压信号Vref3。需要说明的是，本发明可以通过任意的电流控制模式控制所述电感电流的方向和大小，本发明对此不进行限制。
此外，所述控制电路还包括第一采样电路1416和第二采样电路1415，所述第一采样电路1416用于根据所述双向变换器14第一端的电压Vin产生第一采样信号V1，所述第二采样电路1405用于根据所述储能电容13的电压Vcap产生第二采样信号V2。
本发明所示的控制电路的优势在于：对于任意类型的双向变换器均使用，并且控制方式简单，使得电感电流的方向和大小自适应调节，从而实现了能量从所述双向变换器第一端到所述储能电容之间自适应双向传输，并且能量传输平滑。
图8为本发明驱动电路实施例一的电路示意图；所述驱动电路包括第一功率变换器11、储能电容13和双向变换器14，第一功率变换器11的输出端依次耦接相互并联的负载12和所述储能电容13，所述双向变换器14耦接在所述负载12和所述储能电容13之间。
所述双向变换器14为双向buck变换器，所述双向变换器14包括buck电路和控制电路141，所述buck电路包括第一功率开关S1、第二功率开关S2和第一电感L1，所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2依次串联连接在所述双向变换器14的第一端，所述第一电感L1的一端连接在所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2的公共端，所述第一电感L1的另一端连接所述储能电容13的高电位端。可选的，所述buck电路还包括输入电容Cin，用于对所述双向变换器14第一端的输入信号(如电压或电流)进行滤波。所述控制电路141输入端用于采样表征电感电流的采样信号、采样所述双向变换器14第一端的电压Vin和采样所述储能电容13的电压Vcap，输出端连接所述第一功率开关S1和第二功率开关S2的控制端。
具体的，图9给出了本发明实施例一的控制电路示意图；所述控制电路141包括使能电路1411、参考信号调节电路1412、电感电流采样电路1413和控制模块1414。
所述使能电路1411接收表征所述双向变换器14第一端的电压Vin的第一采样信号V1、表征所述储能电容13的电压Vcap的第二采样信号V2和第一参考电压信号Vref1，输出第一使能信号EN；当所述第一采样信号V1小于所述第一参考电压信号Vref1，所述第一使能信号EN有效，使能所述双向变换器14，当所述第二采样信号V2大于所述第一参考电压信号Vref1，所述第一使能信号EN无效，所述双向变换器14不工作。在本实施例中，所述第一参考电压信号Vref1大于等于Vcp。
参考信号调节电路1412接收所述第一采样信号V1和第三参考电压信号Vref3，输出并调节电感电流参考信号Iref。并且，所述参考信号调节电路1412还设置了所述电感电流参考信号Iref的最大值和所述电感电流参考信号Iref的最小值。根据所述第一采样信号V1调节所述电感电流参考信号Iref，具体的，当所述第一采样信号V1大于所述第三参考电压信号Vref3时，控制所述电感电流参考信号Iref增大以使得更多的能量从双向变换器14的第一端传输到所述储能电压13，当所述第一采样信号V1小于所述第三参考电压信号Vref3时，控制所述电感电流参考信号Iref减小，以使得更少的能量从所述双向变换器14的第一端传输到所述储能电压13，或使得能量从所述储能电压13传输到所述双向变换器14的第一端。其中，在本实施例中第一参考电压信号Vref1小于第三参考电压信号Vref3。
所述电感电流采样电路1413采样表征电感电流的第一电流，并在第一电流上增加直流偏置，输出第二电流Isen，所述第二电流Isen为正值，所述第一电流为电感电流采样信号IL，在其他的实施例中，所述第一电流还可以为双向变换器14中通过第一功率开关S1电流的电流采样信号IS1或通过第二功率开关S2电流的电流采样信号IS2。所述电感电流的方向以从所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2的公共端流向所述储能电容13的方向(如图9所示)为正，所述通过第一功率开关S1电流的电流采样信号IS1或通过第二功率开关S2电流的电流采样信号IS2为正的方向(如图9所示)和电感电流的正向相对应。
控制模块1414，用于接收电感电流参考信号Iref、第二电流Isen和第一使能信号EN，当第一使能信号EN有效时，输出控制信号Vc1和Vc2，分别控制第一功率开关S1和第二功率开关S2的导通和关断，以控制双向变换器14的开关状态，从而控制所述电感电流的大小和方向，使得Isen接近Iref，进一步使得第一采样信号V1等于第三参考电压信号Vref3。需要说明的是，本发明可以通过任意的电流控制模式控制所述电感电流的方向和大小，本发明对此不进行限制。
可选的，所述控制电路还包括驱动模块1417，所述驱动模块用于根据控制信号Vc1和Vc2分别产生能够驱动第一功率开关S1和第二功率开关S2的驱动信号V11和V22。
此外，所述控制电路还包括第一采样电路1416和第二采样电路1415，所述第一采样电路1416用于根据所述双向变换器14第一端的电压Vin产生第一采样信号V1，所述第二采样电路1415用于根据所述储能电容13的电压Vcap产生第二采样信号V2。如图9所示，所述第一采样电路1416和所述第二采样电路1415均为分压电路。具体的，所述第一采样电路1416包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3和第四电阻R4串联在所述双向变换器14第一端的电压Vin和地之间，所述第一采样信号V1为所述第三电阻R3和第四电阻R4的公共端电压。所述第二采样电路1415包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2串联在储能电容12的电压Vcap和地之间，所述第二采样信号V2为所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端电压。所述第一采样电路1416和第二采样电路1415可以为其他的形式，本发明不对此进行限制。
结合图8和图6说明实施例一的工作过程。由于双向变换器14正向工作为buck电路，反向工作为boost电路，故Vcv<Vcp<Vin。
在t0～t0’区间，所述双向变换器14正向工作，且工作在buck状态，所述双向变换器14第一端的电流i_ex方向为从所述双向变换器14第一端流向所述储能电容13，以对所述储能电容13充电，所述储能电容13的电压从Vcv上升到Vcp。所述负载电流i_Load和所述双向变换器14第一端的电流i_ex均由所述第一功率变换器11提供。
t0’～t1期间，所述双向变换器14不工作。负载电流i_Load由所述第一功率变换器11提供。
t1～t2期间，所述双向变换器14反向工作，且工作在boost状态,所述双向变换器14第一端的电流i_ex方向为从所述储能电容13流向所述双向变换器14第一端，以使得所述储能电容13放电给负载12，所述储能电容13的电压从Vcp下降到Vcv。负载电流i_Load由所述双向变换器14和第一功率变换器11同时供给。
图10为本发明驱动电路实施例二的电路示意图，图11为本发明实施例二的控制电路示意图。实施例二与实施例一的区别在于：
1、所述双向变换器14为双向boost变换器，所述双向变换器包括boost电路和控制电路141，所述boost电路包括第一功率开关S1、第二功率开关S2和第一电感L1，所述第一电感L1的一端连接在所述双向变换器14的第一端的高电位端，所述第一电感L1的另一端连接所述第一功率开关S1的第一端，所述第一功率开关的第二端连接储能电容13的高电位端，所述第二功率开关S2的第二端连接所述第一电感L1和所述第一功率开关S1的公共端，所述第二功率开关S2的第一端接地。
2、所述控制电路141中所述电感电流的方向以从所述双向变换器14第一端流向所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2的公共端的方向(如图11所示)为正，所述通过第一功率开关S1电流的电流采样信号IS1或通过第二功率开关S2电流的电流采样信号IS2为正的方向(如图11所示)和电感电流的正向相对应。
结合图10和图6说明实施例二的工作过程。由于双向变换器14正向工作为boost电路，反向工作为buck电路，故Vin<Vcv<Vcp。
在t0～t0’区间，所述双向变换器14正向工作，且工作在boost状态，所述双向变换器14第一端的电流i_ex方向为从所述双向变换器14第一端流向所述储能电容13，以对所述储能电容13充电，所述储能电容13的电压从Vcv上升到Vcp。所述负载电流i_Load和所述双向变换器14第一端的电流i_ex均由所述第一功率变换器11提供。
t0’～t1期间，所述双向变换器14不工作。负载电流i_Load由所述第一功率变换器11提供。
t1～t2期间，所述双向变换器14反向工作，且工作在buck状态,所述双向变换器14第一端的电流i_ex方向为从所述储能电容13流向所述双向变换器14第一端，以使得所述储能电容放电给负载12，所述储能电容13的电压从Vcp下降到Vcv。负载电流i_Load由所述双向变换器14和第一功率变换器11同时供给。
进一步的，所述实施例二还包括限流电路，所述限流电路用于限制双向变换器中的浪涌电流，即最大电流。优选的，所述限流电路为浪涌电流限制器。可选的，所述浪涌电流限制器为功率开关(开关管)，所述功率开关工作在线性状态，通过降低所述功率开关的控制端的电压，以增加所述功率开关的电阻，从而达到限制最大电流的目的。所述限流电路可以用于限制所述双向变换器正向工作或反向工作时的最大电流。实施例二所述限流电路主要用于限制所述双向变换器正向工作在boost状态时的最大输入电流或最大输出电流，具体地，所述限流电路用于限制所述双向变换器正向工作在boost状态，并且所述双向变换器刚上电时，即储能电容13的电压从0上升到Vin过程中的浪涌电流。
如图12所示，实施例二中所述限流电路为功率开关(开关管)S33，所述功率开关S33和第一功率开关S1串联耦接组成双向开关S11，替代图10中的第一功率开关S1。具体的，所述功率开关S33的第一端和所述第一功率开关S1的第一端连接，所述功率开关S33的控制端和所述第一功率开关S1的控制端连接。图12中的限流电路主要用于限制所述双向变换器正向工作在boost状态时的最大输出电流，同时还为储能电容13提供了短路保护。所述功率开关S33工作在线性状态，如图11所述控制电路141的控制模块1414通过控制所述功率开关S33控制端的电压控制所述功率开关S33的电阻，以控制所述最大输出电流。
进一步的，实施例二中限流电路还可以连接在其他的部分，如图13所示，所述限流电路为功率开关(开关管)S33’，所述功率开关S33’耦接在所述双向变换器14的第一端和所述负载12之间。图13中的限流电路主要用于限制所述双向变换器正向工作在boost状态时的最大输入电流，由于所述双向变换器为双向boost变换器，故所述双向变换器第一端的电压比所述储能电容的电压低，从而图13中的功率开关S33’要求的耐压低于图12中所述功率开关S33要求的耐压，从而图13中可以选择耐压更低的限流器件。所述功率开关S33’工作在线性状态，所述控制电路141的控制模块1414通过控制所述功率开关S33’控制端的电压控制所述功率开关S33’的电阻，以控制所述最大输入电流。
图14为本发明驱动电路实施例三的电路示意图，图15为本发明实施例三的控制电路示意图。实施例三与实施例一的区别在于：
1、所述双向变换器14为双向buck-boost变换器，所述双向变换器包括buck-boost电路和控制电路141，所述buck-boost电路包括第一功率开关S1、第二功率开关S2、第三功率开关S3、第四功率开关S4和第一电感L1，所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2依次串联连接在所述双向变换器14的第一端，所述第一电感L1的一端连接在所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2的公共端，所述第一电感L1的另一端连接所述第四功率开关S4的第一端，所述第四功率开关S4的第二端连接储能电容13的高电位端，所述第三功率开关S3的第二端连接所述第一电感L1和所述第四功率开关S4的公共端，所述第三功率开关S3的第一端接地。
2、所述控制模块1414用于接收电感电流参考信号Iref、第二电流Isen和第一使能信号EN，当第一使能信号EN有效时，输出控制信号Vc1、Vc2、Vc3和Vc4，分别控制第一功率开关S1、第二功率开关S2、第二功率开关S3和第四功率S4的导通和关断，以控制双向变换器14的开关状态。
3、所述第一电流还可以为双向变换器14中通过第一功率开关S1电流的电流采样信号IS1或通过第二功率开关S2电流的电流采样信号IS2或通过第三功率开关S3电流的电流采样信号IS3或通过第四功率开关S4电流的电流采样信号IS4。所述控制电路141中所述电感电流的方向以从所述第一功率开关S1和所述第二功率开关S2的公共端流向所述第三功率开关S3和所述第四功率开关S4的公共端的方向(如图15所示)为正，所述通过第一功率开关S1电流的电流采样信号IS1、通过第二功率开关S2电流的电流采样信号IS2、通过第三功率开关S3电流的电流采样信号IS3和通过第四功率开关S4电流的电流采样信号IS4为正的方向(如图15所示)和电感电流的为正的方向相对应。
结合图14和图6说明实施例一的工作过程。由于双向变换器14为双向buck-boost变换器，故Vcv<Vin<Vcp。
在t0～t0’区间，所述双向变换器14正向工作，且工作在buck-boost状态，具体的，储能电容13的电压Vcap从Vcv上升到Vin期间，第一电感L1、第一功率开关S1和第二功率开关S2组成buck电路，并工作在buck状态，第三功率开关S3一直关断，第四功率开关S4一直开通；储能电容13的电压Vcap从Vin上升到Vcp期间，第一电感L1、第三功率开关S3和第四功率开关S4组成boost电路，并工作在boost状态，所述第一功率开关S1一直导通，所述第二功率开关S2一直关断。在此区间，所述双向变换器14第一端的电流i_ex方向为从所述双向变换器14第一端流向所述储能电容13，以对所述储能电容13充电，所述储能电容13的电压从Vcv上升到Vcp。所述负载电流i_Load和所述双向变换器14第一端的电流i_ex均由所述第一功率变换器11提供。
t0’～t1期间，所述双向变换器14不工作。负载电流i_Load由所述第一功率变换器11提供。
t1～t2期间，所述双向变换器14反向工作，且工作在buck-boost状态,具体的，储能电容13的电压Vcap从Vcp下降到Vin期间，第一电感L1、第三功率开关S3和第四功率开关S4组成buck电路，并工作在buck状态，所述第一功率开关S1一直导通，所述第二功率开关S2一直关断；储能电容13的电压Vcap从Vin下降Vcv到期间，第一电感L1、第一功率开关S1和第二功率开关S2组成boost电路，并工作在boost状态，第三功率开关S3一直关断，第四功率开关S4一直开通。在此区间，所述双向变换器14第一端的电流i_ex方向为从所述储能电容13流向所述双向变换器14第一端，以使得所述储能电容13放电给负载12，所述储能电容13的电压从Vcp下降到Vcv。负载电流i_Load由所述双向变换器14和第一功率变换器11同时供给。
进一步的，实施例三也具有限流电路，用于限制所述双向变换器正向工作或反向工作时的最大电流。所述限流电路可以优选的，所述限流电路为浪涌电流限制器。实施例三中所述限流电路用于限制所述双向变换器正向工作时的最大输入电流或最大输出电流。具体地，所述限流电路用于限制所述双向变换器正向工作，并且所述双向变换器刚上电时，即储能电容13的电压从0上升到Vin过程中的浪涌电流。
具体的，可选的，所述双向变换器14正向工作，所述第一电感L1、第三功率开关S3和第四功率开关S4组成boost电路时，所述第一功率开关S1复用为限流电路，用于限制所述双向变换器正向工作在boost状态时的最大输入电流。所述第一功率开关S1复用为限流电路工作时，所述第一功率开关S1工作在线性状态，所述控制电路141的控制模块1414通过控制第一功率开关S1控制端的电压控制所述第一功率开关S1的电阻，以控制所述最大输入电流。
进一步的，实施例三也可以通过其他形式实现限流功能。所述双向变换器14正向工作，所述控制电路141的控制模块1414控制所述第一功率开关S1工作在PWM状态，控制所述第二功率开关S2工作在二极管状态，以达到限流的目的。具体的，此时，所述第一电感L1、第一功率开关S1和第二功率开关S2组成buck电路，并工作在buck限流状态，从而复用为限流电路，第三功率开关S3一直关断，第四功率开关S4一直开通，以控制所述最大输入电流。
此外，在本发明的实施例中，所述功率开关可以采用各种现有的电可控开关器件，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)，或者，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，本发明对此不进行限制。
本发明实施例还提供了一种驱动方法，应用于驱动电路，所述驱动电路包括双向变换器、第一功率变换器和储能电容，所述第一功率变换器输出端耦接相互串联的负载和所述储能电容，所述双向变换器耦接在所述负载和所述储能电容之间，其特征在于，包括：
在轻载区间和重载区间，所述第一功率变换器向所述负载提供能量；
至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向所述储能电容提供能量；
在重载区间，所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。
当所述双向变换器第一端的电压小于第一参考电压时，所述负载从轻载区间进入重载区间，其中，所述双向变换器的第一端为和负载耦接的一端。
优选的，在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过双向变换器向所述储能电容提供能量；在轻载区间的另一部分时间，所述双向变换器不工作，所述第一功率变换器不再向所述储能电容提供能量。
可选的，在轻载区间，所述第一功率变换器通过双向变换器向所述储能电容提供能量。
可选的，控制所述双向变换器的工作状态，以使得至少在轻载区间的一部分时间，所述双向变换器正向工作；在重载区间，所述双向变换器反向工作。
进一步的，通过双向变换器向所述储能电容进行充放电，使得所述储能电容的电压的变化范围较大，减小了所述储能电容的容量。
进一步的，根据所述双向变换器第一端的电压和所述储能电容的电压，判断是否允许所述储能电容进行充放电。具体的，当所述双向变换器第一端的电压小于第一参考电压时，所述双向变换器使能，允许所述储能电容进行充放电；当所述储能电容的电压大于第二参考电压时，所述双向变换器不工作，不允许所述储能电容进行充放电。
所述双向变换器包括电感，在所述双向变换器使能时，根据电感电流参考信号控制所述电感电流的大小和方向，以使得所述双向变换器第一端的电压为第三参考电压，其中，所述电感电流参考信号根据所述双向变换器第一端的电压进行调节。具体的，当所述双向变换器第一端的电压大于相应第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号增大以使得更多的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压；当所述双向变换器第一端的电压小于第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号减小，以使得更少的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压，或使得能量从所述储能电压传输到所述双向变换器的第一端。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (27)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括：
储能电容；
第一功率变换器，输出端耦接相互并联的负载和所述储能电容，用于生成直流信号，以在轻载区间和重载区间向负载提供能量；
双向变换器，耦接在所述负载和所述储能电容之间；
其中，至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向储能电容提供能量，在重载区间，所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：当所述双向变换器第一端的电压小于第一参考电压时，所述负载从轻载区间进入重载区间，其中，所述双向变换器的第一端为和所述负载耦接的一端。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过双向变换器向所述储能电容提供能量；在轻载区间的另一部分时间，所述双向变换器不工作，所述第一功率变换器不再向所述储能电容提供能量。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：在轻载区间，所述第一功率变换器通过双向变换器向所述储能电容提供能量。
5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：控制所述双向变换器的工作状态，以使得至少在轻载区间的一部分时间，所述双向变换器正向工作；在重载区间，所述双向变换器反向工作。
6.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：通过双向变换器向所述储能电容进行充放电，使得所述储能电容的电压的变化范围较大，减小了所述储能电容的容量。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：根据所述双向变换器第一端的电压和所述储能电容的电压，判断是否允许所述储能电容进行充放电。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于：当所述双向变换器第一端的电压小于第一参考电压时，所述双向变换器使能，允许所述储能电容进行充放电。
9.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于：当所述储能电容的电压大于第二参考电压时，所述双向变换器不工作，不允许所述储能电容进行充放电。
10.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器包括电感，在所述双向变换器使能时，根据电感电流参考信号控制流过所述电感的电流的大小和方向，以使得所述双向变换器第一端的电压为第三参考电压，其中，所述电感电流参考信号根据所述双向变换器第一端的电压进行调节。
11.根据权利要求10所述的驱动电路，其特征在于：
当所述双向变换器第一端的电压大于相应第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号增大以使得更多的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压；
当所述双向变换器第一端的电压小于第三参考电压时，控制所述电感电流参考信号减小，以使得更少的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压，或使得能量从所述储能电压传输到所述双向变换器的第一端。
12.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：在轻载区间，所述第一功率变换器的输出功率等于负载功率和所述双向变换器第一端的输入功率之和；在重载区间，所述负载功率等于所述第一功率变换器的输出功率和所述双向变换器第一端的输出功率之和。
13.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向DC-DC变换器。
14.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：在轻载区间，所述第一功率变换器的输出电流等于负载电流和所述双向变换器第一端的输入电流之和；在重载区间，所述负载电流等于所述第一功率变换器的输出电流和所述双向变换器第一端的输出电流之和。
15.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：
所述驱动电路还包括控制电路，所述控制电路包括使能电路，接收表征所述双向变换器第一端的电压的第一采样信号、表征所述储能电容电压的第二采样信号、第一参考电压信号和第二参考电压信号，输出第一使能信号；
当所述第一采样信号小于所述第一参考电压信号，所述第一使能信号有效，使能所述双向变换器，当所述第二采样信号大于所述第二参考电压信号，所述第一使能信号无效，所述双向变换器不工作。
16.根据权利要求15所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器包括电感，所述控制电路还包括：
参考信号调节电路，接收所述第一采样信号和第三参考电压信号，输出并调节电感电流参考信号；
电感电流采样电路，采样表征电感电流的第一电流，并在第一电流上增加直流偏置，输出第二电流，所述第二电流为正值；
控制模块，用于接收电感电流参考信号、第二电流和第一使能信号，输出控制信号，以控制双向变换器的开关状态，从而控制所述电感电流的大小和方向；
其中，当所述第一采样信号大于所述第三参考电压信号时，控制所述电感电流参考信号增大以使得更多的能量从双向变换器的第一端传输到所述储能电压；当所述第一采样信号小于所述第三参考电压信号时，控制所述电感电流参考信号减小，以使得更少的能量从所述双向变换器的第一端传输到所述储能电压，或使得能量从所述储能电压传输到所述双向变换器的第一端。
17.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向buck变换器，当所述双向变换器正向工作时，工作在buck状态；当所述双向变换器反向工作时，工作在boost状态。
18.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向boost变换器，当所述双向变换器正向工作时，工作在boost状态；当所述双向变换器反向工作时，工作在buck状态。
19.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向buck-boost变换器，当所述双向变换器正向工作时，先工作在buck状态，再工作在boost状态；当所述双向变换器反向工作时，先工作在buck状态，再工作在boost状态。
20.根据权利要求18或19所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器包括限流电路，用于限制所述双向变换器正向工作时的最大输入电流或最大输出电流。
21.根据权利要求20所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向boost变换器，所述限流电路耦接在所述双向变换器的第一端和所述负载之间，以限制所述最大输入电流。
22.根据权利要求20所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向boost变换器，所述双向变换器包括功率开关，所述功率开关与所述储能电容耦接，所述限流电路和所述功率开关耦接，以限制所述最大输出电流。
23.根据权利要求20所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向buck-boost变换器，所述buck-boost电路包括功率开关，所述功率开关与所述负载耦接，当所述双向变换器正向工作在boost状态时，所述功率开关复用为限流电路。
24.根据权利要求21-23任意一项所述的驱动电路，其特征在于：所述限流电路为开关管，所述开关管工作在线性状态，通过控制所述开关管的控制端电压控制所述开关管的电阻，以控制所述最大输出电流或最大输入电流。
25.根据权利要求20所述的驱动电路，其特征在于：所述双向变换器为双向buck-boost变换器，所述buck-boost电路包括电感、第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关与所述负载耦接，所述第二功率开关和所述第一功率开关耦接，所述电感与所述第一功率开关和所述第二功率开关均耦接，所述第一功率开关工作在PWM状态，所述第二功率开关作为二极管，所述电感、第一功率开关和所述第二功率开关组成buck电路，从而复用为限流电路。
26.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述第一功率变换器为DC-DC变换器或AC-DC变换器。
27.一种驱动方法，应用于驱动电路，所述驱动电路包括双向变换器、第一功率变换器和储能电容，所述第一功率变换器输出端耦接相互并联的负载和所述储能电容，所述双向变换器耦接在所述负载和所述储能电容之间，其特征在于，包括：
在轻载区间和重载区间，所述第一功率变换器向所述负载提供能量；
至少在轻载区间的一部分时间，所述第一功率变换器通过所述双向变换器向所述储能电容提供能量；
在重载区间，所述储能电容通过所述双向变换器向所述负载提供能量。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112821757A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 南京矽力微电子技术有限公司 功率变换器
WO2023070308A1 (en) * 2021-10-26 2023-05-04 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Power supply and a method performed by a power supply

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4333248A1 (en) * 2022-07-29 2024-03-06 GE Aviation Systems LLC Energy accumulator apparatus and associated methods

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159422A (zh) * 2007-10-16 2008-04-09 李平 具有近似恒功率牵引电机特性的永磁直流电机驱动控制系统
US20100067259A1 (en) * 2008-09-17 2010-03-18 Delta Electronics, Inc. Forward-flyback converter with active-clamp circuit
CN102437728A (zh) * 2012-01-11 2012-05-02 西南交通大学 一种利用削峰填谷消除工频纹波的功率因数校正变换方法及其装置
CN103314504A (zh) * 2011-01-21 2013-09-18 三菱电机株式会社 车辆用电源系统
CN103346684A (zh) * 2013-07-18 2013-10-09 南京理工大学 采用有源储能电容变换器的ac/dc变换器
CN103986223A (zh) * 2014-04-11 2014-08-13 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 储能供电电路及应用其的持续供电方法
CN104184149A (zh) * 2014-08-21 2014-12-03 上海电力学院 一种基于滑模控制和超级电容的平抑电压波动方法
CN206498332U (zh) * 2017-01-13 2017-09-15 安徽理工大学 一种带储能系统的电力电子变压器
CN107528457A (zh) * 2017-09-07 2017-12-29 深圳市禾望电气股份有限公司 变桨驱动器中铝电解电容的替代方法及变桨驱动器
CN110445363A (zh) * 2019-08-21 2019-11-12 西南交通大学 一种用于抑制母线电流尖峰的大功率脉冲负载电源
CN110571906A (zh) * 2019-09-27 2019-12-13 郑州佛光发电设备有限公司 具有多种工作模式的电站的工作状态自适应控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150040115A (ko) * 2013-10-04 2015-04-14 삼성전기주식회사 모터 구동 장치
US9931951B2 (en) * 2014-06-13 2018-04-03 University Of Maryland Integrated dual-output grid-to-vehicle (G2V) and vehicle-to-grid (V2G) onboard charger for plug-in electric vehicles

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159422A (zh) * 2007-10-16 2008-04-09 李平 具有近似恒功率牵引电机特性的永磁直流电机驱动控制系统
US20100067259A1 (en) * 2008-09-17 2010-03-18 Delta Electronics, Inc. Forward-flyback converter with active-clamp circuit
CN103314504A (zh) * 2011-01-21 2013-09-18 三菱电机株式会社 车辆用电源系统
CN102437728A (zh) * 2012-01-11 2012-05-02 西南交通大学 一种利用削峰填谷消除工频纹波的功率因数校正变换方法及其装置
CN103346684A (zh) * 2013-07-18 2013-10-09 南京理工大学 采用有源储能电容变换器的ac/dc变换器
CN103986223A (zh) * 2014-04-11 2014-08-13 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 储能供电电路及应用其的持续供电方法
CN104184149A (zh) * 2014-08-21 2014-12-03 上海电力学院 一种基于滑模控制和超级电容的平抑电压波动方法
CN206498332U (zh) * 2017-01-13 2017-09-15 安徽理工大学 一种带储能系统的电力电子变压器
CN107528457A (zh) * 2017-09-07 2017-12-29 深圳市禾望电气股份有限公司 变桨驱动器中铝电解电容的替代方法及变桨驱动器
CN110445363A (zh) * 2019-08-21 2019-11-12 西南交通大学 一种用于抑制母线电流尖峰的大功率脉冲负载电源
CN110571906A (zh) * 2019-09-27 2019-12-13 郑州佛光发电设备有限公司 具有多种工作模式的电站的工作状态自适应控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
关键、李欣雪, 北京理工大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112821757A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 南京矽力微电子技术有限公司 功率变换器
WO2023070308A1 (en) * 2021-10-26 2023-05-04 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Power supply and a method performed by a power supply

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US20220052597A1 (en) 2022-02-17

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