開關變換器雙緣恒定關斷時間調制電壓型控制裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種開關變換器雙緣恒定關斷時間調制電壓型控制裝置，根據輸出電壓與電壓基準值的關系，采用恒定關斷、導通、恒定關斷組成的控制時序，或導通、恒定關斷、導通組成的控制時序，控制開關變換器開關管的關斷與導通。該實用新型專利技術可用于控制Buck變換器、Buck2變換器、Cuk變換器、Zeta變換器、單管正激變換器、雙管正激變換器、推挽變換器、推挽正激變換器、半橋變換器和全橋變換器等多種拓撲結構的開關變換器，其優點是：無需補償網絡，控制簡單，瞬態響應速度快，穩壓精度高。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種開關變換器的控制裝置。
技術介紹
近年來，電力電子器件技術和電力電子變流技術不斷發展，作為電力電子重要領域的開關電源技術成為應用和研究的熱點。開關電源主要由開關變換器和控制器兩部分構成。開關變換器又稱為功率主電路，主要有降壓(Buck)、升壓(Boost)、升降壓(Buck-Boost)、正激、反激、半橋、全橋等多種拓撲結構。控制器用于監測開關變換器的工作狀態，并產生控制脈沖信號控制開關管，調節供給負載的能量以穩定輸出。對于同一個開關變換器，不同的控制方法使得變換器具有不同的瞬態和穩態性能。傳統的脈沖寬度調制(PWM)電壓型控制是最為常見的開關變換器控制方法，其控制思想是:將變換器輸出電壓與基準電壓進行比較得到的誤差信號經過誤差放大器補償后生成控制電壓，并將控制電壓與固定頻率的鋸齒波進行比較，獲得脈沖控制信號，再通過驅動電路控制開關管的導通和關斷，實現開關變換器輸出電壓的調節。近年來，越來越多的應用場合要求其供電電源具有快速的瞬態響應速度，如一些微處理器在待機、休眠、正常運行之間切換時，瞬態電流速率高達130A/US，這就要求其供電電源具有快速的瞬態響應速度以滿足負載的需求。傳統的PWM電壓型控制方法實現簡單，但因采用誤差放大器，具有瞬態性能差、補償網絡設計復雜等缺點，已很難滿足負載這一需求。傳統的恒定關斷時間調制電壓型控制是較為常見的開關變換器脈沖頻率調制(PFM)電壓型控制方法之一，其基本思想是:每個開關周期開始 時，開關管關斷，變換器輸出電壓下降；經過恒定關斷時間后，開關管導通，輸出電壓上升，當其上升至基準電壓時，開關管再次關斷，開始新的一個開關周期。與PWM電壓型控制相比，采用PFM電壓型控制方法的開關變換器瞬態性能好，但是穩態精度差。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種開關變換器雙緣恒定關斷時間調制電壓型控制裝置，使之同時具有快速的瞬態響應速度和較高的穩態精度，適用于多種拓撲結構的開關變換器。一種開關變換器雙緣恒定關斷時間調制電壓型控制裝置CFT，由電壓檢測電路VS、導通時間產生器0NG、鋸齒波產生器SG、脈沖調制器PM以及驅動電路DR組成；所述的電壓檢測電路VS、導通時間產生器0NG、鋸齒波產生器(亦稱外部鋸齒波產生器)SG、脈沖調制器PM、驅動電路DR依次相連；鋸齒波產生器SG與電壓檢測電路VS相連；導通時間產生器ONG與脈沖調制器PM相連。在同一技術構思下，對于開關變換器雙緣關斷導通時間調制電壓型控制裝置提出了兩種具體的實現裝置:裝置①的導通時間產生器ONG由減法器SUB1、乘法器MU1、乘法器MU2、加法器ADDl以及加法器ADD2組成，其中:減法器SUBl、乘法器MUl、加法器ADDl依次相連；加法器ADD2、乘法器MU2、加法器ADDl依次相連。電壓基準值Vref和輸出電壓值分別輸入到減法器SUBl的正端和負端；減法器SUBl的輸出和系數K1作為乘法器MUl的輸入；兩個恒定關斷時間作為加法器ADD2的輸入；加法器ADD2的輸出和系數K2作為乘法器MU2的輸入。裝置①的脈沖調制器PM由加法器ADD3、減法器SUB2、減法器SUB3、比較器CMPl、比較器CMP2以及與門AG組成，其中:加法器ADD3、減法器SUB2、比較器CMP1、與門AG依次相連；減法器SUB3、比較器CMP2、與門AG依次相連；外部鋸齒波產生器SG分別與減法器SUB2和減法器SUB3相連。裝置②的導通時間產生器ONG由減法器SUB4、減法器SUB5、乘法器MU3、乘法器MU4、乘法器MU5、加法器ADD4以及加法器ADD5組成，其中:減法器SUB4、乘法器MU3、加法器ADD4、乘法器MU5、加法器ADD5、減法器SUB5依次相連；乘法器MU4、加法器ADD4、減法器SUB5依次相連。電壓基準值V,ef和輸出電壓值分別輸入到減法器SUB4的正端和負端；減法器SUB4的輸出和系數K3作為乘法器MU3的輸入；恒定關斷時間和系數K4作為乘法器MU4的輸入；加法器ADD4的輸出和系數K5作為乘法器MU5的輸入；乘法器MU5的輸出和常數C1作為加法器ADD5的輸入；加法器ADD4和加法器ADD5的輸出分別輸入到減法器SUB5的正端和負端。裝置②的脈沖調制器PM由加法器ADD6、減法器SUB6、減法器SUB7、比較器CMP3、比較器CMP4以及或門OR組 成，其中:加法器ADD6、減法器SUB6、比較器CMP3、或門OR依次相連；減法器SUB7、比較器CMP4、或門OR依次相連；外部鋸齒波產生器SG分別與減法器SUB6和減法器SUB7相連。與現有技術相比，本技術的有益效果是:一、與現有的PWM電壓型開關變換器相比，本技術的開關變換器在負載發生改變時，輸出電壓的變化立即改變導通時間的大小，從而快速調節開關變換器開關管導通時間的長短，提高了變換器的瞬態性能。二、與現有的PFM電壓型開關變換器相比，本技術的開關變換器穩壓精度高，穩態性能好；在大負載范圍變化時，輸出電壓和電感電流瞬態超調量小，調節時間短，瞬態性能好。三、控制器無需誤差放大器，簡化了控制環路的設計，控制簡單，增強了系統穩定性和瞬態響應能力。以下結合附圖和具體實施方式對本技術作進一步詳細的說明。附圖說明圖1為本技術采用技術方案的信號流程圖。圖2為本技術實施例一采用技術方案①的信號流程圖。圖3為本技術實施例一的導通時間產生器ONGl的信號流程圖。圖4為本技術實施例一的脈沖調制器PMl的信號流程圖。圖5為本技術實施例一的電路結構框圖。圖6為本技術實施例一中，輸出電壓、電壓基準值、恒定關斷時間、導通時間、采樣脈沖信號與驅動信號之間的關系示意圖。圖7為本技術實施例一和傳統恒定關斷時間調制電壓型控制的開關變換器在穩態條件下輸出電壓的時域仿真波形圖。圖8為本技術實施例一和傳統PWM調制電壓型控制、傳統恒定關斷時間調制電壓型控制的開關變換器在負載突變時輸出電壓的時域仿真波形圖。圖9為本技術實施例二采用技術方案②的信號流程圖。圖10為本技術實施例二的導通時間產生器0NG2的信號流程圖。圖11為本技術實施例二的脈沖調制器PM2的信號流程圖。圖12為本技術實施例二中，輸出電壓、電壓基準值、恒定關斷時間、導通、采樣脈沖信號及驅動信號之間的關系示意圖。圖13為本技術實施例二的電路結構框圖。圖7中:a為傳統恒定關斷時間調制電壓型控制開關變換器在穩態時的輸出電壓波形山為本技術實施例一在穩態時的輸出電壓波形。圖8中:a為傳統PWM調制電壓型控制開關變換器在負載突變時的輸出電壓波形；b為傳統恒定關斷時間調制電壓型控制開關變換器在負載突變時的輸出電壓波形；c為本技術實施例一在負載突變時的輸出電壓波形。具體實施方式下面通過具體的實例并結合附圖對本技術做進一步詳細的描述。實施例一采用技術方案①:圖2示出，本技術的一種具體實施方式為:開關變換器雙緣恒定關斷時間調制電壓型控制裝置CFTl，其CFTl裝置主要由電壓檢測電路VSl、導通時間產生器ONGl、鋸齒波產生器SG1、脈沖調制器PMl以及驅動電路DRl組成。電壓檢測電路VSl用于獲取輸出電壓信息，導通時間產生器OFGl用于產生可變本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種開關變換器雙緣恒定關斷時間調制電壓型控制裝置，其特征在于：由電壓檢測電路VS、導通時間產生器ONG、鋸齒波產生器SG、脈沖調制器PM以及驅動電路DR組成；所述的電壓檢測電路VS、導通時間產生器ONG、鋸齒波產生器SG、脈沖調制器PM、驅動電路DR依次相連；鋸齒波產生器SG與電壓檢測電路VS相連；導通時間產生器ONG與脈沖調制器PM相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周國華，金艷艷，楊平，許建平，張斐，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：實用新型
國別省市：