開關電源的雙脈沖跨周期調制方法及其裝置制造方法及圖紙

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及開關電源，具體是其雙脈沖跨周期調制方法及裝置。
技術介紹
隨著電カ電子技術的高速發展，電カ電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源。由于開關電源相對于傳統線性穩壓電源具有效率高、體積小等方面的優勢，使得開關電源技術逐漸成為人們應用和研究的熱點。開關電源主要由功率變換器和控制器兩部分構成。功率變換器又稱為功率電路，主要包括開關裝置、變壓器裝置和整流濾波電路。常見的功率變換器拓撲結構有Buck變換器(降壓變換器)、Boost 變換器(升壓變換器)、Buck-Boost變換器(升降壓變換器)、正激變換器、反激變換器等?？刂破髂軌驒z測功率變換電路輸入或輸出電壓的變化，并據此產生相應開關信號控制功率變換電路開關裝置的工作狀態，從而調節傳遞給負載的能量以穩定開關電源輸出?？刂破鞯慕Y構和工作原理由開關電源所采用的控制方法決定。對于同一功率電路拓撲，采用不同的控制方法會對系統的穩態精度及動態性能等方面產生影響，因而控制方法的研究顯得日益重要。目前，很多應用場合需要開關電源具有很好的瞬態響應速度，而采用傳統的脈沖寬度調制(PWM)技術已很難滿足這ー要求，這就迫切的需要新的控制方法的出現。脈沖序列(PT)控制技術是近年來出現的另外一種常見形式的開關電源調制方法，和脈沖寬度調制技術不一樣，它通過調整兩組預先設定的高低功率控制脈沖信號的組合方式來實現輸出電壓值的調節，是ー種非線性離散控制方法。與PWM控制相比，PT控制不需要補償網絡、控制電路實現簡單、對輸入和負載的變化具有快速的動態響應速度，非常適用于對可靠性要求較高的開關電源控制系統。但PT控制方法在輸入電壓增大或負載減輕時，輸出電壓將失去控制，因此PT控制方法不適用于負載較輕的場合。單脈沖跨周期調制(PSM)控制技術可視作為PT控制技術的ー種特例，此時低功率控制脈沖信號的占空比為零。設定PSM控制開關變換器在一個時鐘周期內功率開關管不發生開關動作，此時鐘周期被跨過，對應于控制脈沖信號占空比為零。開關電源單脈沖跨周期調制裝置的控制部分主要由電壓檢測裝置、比較器、脈沖生成器及驅動電路構成，較PT控制技術要求的控制電路更為簡單，也不需要補償網絡。由于采用單個高占空比脈沖，PSM控制的開關變換器輸出電壓紋波較大，一旦電路參數確定后，可調節的負載范圍就很小，一般更適用于負載較輕的場合或者設備處于待機的狀態。在某些對于系統的穩態精度較高的電子設備的應用場合，PSM技術將不適用。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服上述單脈沖跨周期調制(PSM)技術的不足，提供一種穩態精度較高、瞬態響應速度快、動態性能好的開關電源的雙脈沖跨周期調制方法及其裝置。本專利技術的開關電源的雙脈沖跨周期調制方法采用的技術方案是控制器采集主電路的輸出信號產生控制信號，反饋控制主電路輸出，包括如下步驟(I)主電路的輸出電壓匕經電壓檢測裝置后與基準電壓和基準電壓減去誤差電壓之值匕f - 相比較，若匕〉Kref,比較器輸出低電平信號；若Vref-eref<v0<Vref,比較器輸出對應低占空比脈沖信號；若v0<Vref ~eref,比較器輸出對應高占空比脈沖信號；(2)在一個時鐘周期內，脈沖選擇器根據比較器的輸出，從脈沖生成器選擇輸出高、低占空比脈沖信號，或不輸出脈沖信號；(3)脈沖選擇器選擇出的信號經驅動電路的驅動輸出給主電路的開關裝置，調節輸出電壓；(4)在一個時鐘周期的結束時刻，循環步驟(I)-步驟(3)。本專利技術的開關電源的雙脈沖跨周期調制裝置采用的技術方案是開關電源由主電路和控制器兩部分組成，主電路 由開關裝置和濾波裝置順序連接，其特征是控制器由脈沖生成器和順序連接的電壓檢測裝置、比較器、脈沖選擇器、驅動電路組成，脈沖生成器連接脈沖選擇器；脈沖生成器可產生兩種不同占空比脈沖供脈沖選擇器選擇，脈沖選擇器在一個時鐘周期內可選擇任一占空比的脈沖或者不選擇任何脈沖；主電路的輸出信號輸入電壓檢測裝置，驅動電路連接開關裝置。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是 1、與現有的單脈沖跨周期調制相比，本專利技術采用兩個不同占空比脈沖信號作為開關裝置的驅動，系統輸出電壓紋波更小； 2、與現有的脈沖序列控制技術相比，本專利技術利用無控制脈沖信號作為開關變換器的脈沖跨周期調制，在輸入電壓或負載發生較寬范圍變化吋，開關電源也能保持正常穩定工作，從而拓寬了輸入電壓或負載動態范圍； 3、相對于已有的傳統電壓型脈沖寬度調制技術，采用本專利技術的開關電源在負載突變時，控制器能夠快速調整高占空比脈沖、低占空比脈沖和跨周期脈沖所占的比例，使開關電源迅速恢復穩態； 4、控制器直接用輸出電壓與基準電壓和基準電壓減去誤差電壓之值相比較，無需補償網絡，簡化了控制環路設計，增強了系統穩定性，提高了瞬態響應速度。下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進ー步說明。附圖說明圖I為本專利技術開關電源的雙脈沖跨周期調制裝置的實現結構框 圖2為本專利技術實施例的電路結構示意 圖3為本專利技術實施例中,輸出電壓、驅動信號與電感電流對應關系示意 圖4為本專利技術實施例中，開關電源的時域仿真波形 圖5為本專利技術實施例和PSM調制及PT控制的開關電源輸出電壓紋波的仿真 圖6為本專利技術實施例和PSM調制及PT控制的開關電源在負載突變時輸出電壓時域仿真波形圖。具體實施例方式圖I示出，開關電源的雙脈沖跨周期調制的實現裝置由主電路(虛線框外)和控制器(虛線框內)兩部分組成?？刂破鞑杉麟娐返妮敵鲂盘?，從而產生控制信號，反饋控制主電路輸出。主電路由開關裝置I和濾波裝置2順序連接?？刂破饔呻妷簷z測裝置3、比較器4、脈沖生成器5、脈沖選擇器6及驅動電路7組成。主電路的輸出信號輸入電壓檢測裝置3，電壓檢測裝置3、比較器4、脈沖選擇器6及驅動電路7順序連接，驅動電路7連接開關裝置I ;可產生兩種不同占空比脈沖的脈沖生成器5連接在脈沖選擇器6上。主電路的輸出電壓K。經電壓檢測裝置3后與基準電壓Vref和基準電壓減去誤差電壓之值匕-相比較，比較器4輸出直接用于控制脈沖選擇器6的工作；脈沖生成器5產生兩個不同占空比的脈沖供脈沖選擇器6選擇；脈沖選擇器6在一個時鐘周期內可以選擇任一占空比的脈沖或者不選擇任何脈沖，致使此時鐘周期跨過，其輸出經驅動電路7后用于控制變換器的開關裝置1，由此得到期望的穩定輸出電壓。另外主電路中的濾波裝置2是用來濾除電路中出現的雜波。圖2給出了雙脈沖跨周期調制技術在工作于電流斷續模式下的Buck變換器中的應用。由圖2所不,Buck電路拓撲以E為輸入電壓，電阻R作為負載，由一個開關管S、ー個ニ極管D、一個電感L、一個電容C組成。脈沖生成器5產生兩個具有不同占空比的脈沖信號，分別是高占空比脈沖信號PH、低占空比脈沖信號し電壓檢測裝置3包括采樣/保持電 路和邏輯控制電路，采樣/保持電路作為電壓檢測裝置3的一部分，在任意一個脈沖信號的結束時刻，由邏輯控制電路產生ー個窄脈沖信號控制，輸出信號送與比較器4。圖3為本專利技術圖2實施例中，輸出電壓K。、驅動信號り與電感電流厶對應關系不意圖。由圖3可知，在電流斷續模式下，在ー個工作周期內，控制器采用高占空比脈沖工作可以向輸出端傳遞更多的能量，采用低占空比脈沖工作可以向輸出端傳遞較少的能量，而工作于脈沖本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種開關電源的雙脈沖跨周期調制方法，控制器采集主電路的輸出信號產生控制信號，反饋控制主電路輸出，其特征是包括如下步驟 (1)主電路的輸出電壓K。經電壓檢測裝置后與基準電壓Kef和基準電壓減去誤差電壓之值Kref — eref相比較,若F?！礙ref,比較器輸出低電平信號；若匕一らメ匕く^^比較器輸出對應低占空比脈沖信號；若v0<Vref ~eref,比較器輸出對應高占空比脈沖信號； (2)在一個時鐘周期內，脈沖選擇器根據比較器的輸出，從脈沖生成器選擇輸出高、低占空比脈沖信號，或不輸出脈沖信號； (3)脈沖選擇器選擇出的信...

【專利技術屬性】
技術研發人員：包伯成，許建平，潘賽虎，馬正華，王金平，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：