一种开关变换器非线性调制电压型控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种开关变换器非线性调制电压型控制装置及方法，通过检测输入电压和输出电压，对非线性调制电路中的载波信号和控制信号进行运算和变换，产生脉冲信号，从而控制变换器开关管的导通和关断。本发明专利技术适用于Buck变换器、Boost变换器，Buck‑Boost变换器，Buck2变换器、正激变换器、反激变换器等开关变换器。与单周期控制、峰值电流控制和V2控制的开关变换器相比，采用本发明专利技术的开关变换器的优点是：结构简单，稳态性能好，输入瞬态响应和负载瞬态响应速度快等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子设备，尤其是一种开关变换器的控制方法及其装置。
技术介绍
近年来，电力电子器件技术和电力电子变流技术不断发展，作为电力电子重要领域的开关电源技术成为应用和研究的热点。越来越多的应用场合要求开关变换器具有更快的输入响应速度、负载响应速度和稳态精度，如：微处理器的供电电源及电源管理系统。因此，提高输入响应速度、负载响应速度和稳态精度受到学术界和工业界越来越多的关注。针对同一个开关变换器，采用不同的控制方法可以使变换器具有不同的瞬态和稳态性能。基于脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)的控制是最为常见的开关变换器控制方法，如传统的电压型控制、峰值电流控制和平均电流控制等。上述基于PWM技术的传统电压型控制核心思想是：将开关变压器的输出电压与参考电压经过比较后得到误差信号，再将误差信号经误差放大器补偿后生成调制信号，并将调制信号与固定频率和幅值的锯齿波进行比较获得脉冲信号，脉冲信号经驱动器后控制开关管的导通和关断。传统的电压型控制虽然结构简单，但其控制系统的输入响应速度和负载响应速度较慢。脉冲频率调制(pulse frequency modulation，PFM)技术是一种提高变换器瞬态响应速度的方法，但其控制系统较为复杂、稳态性能较差。此外，基于PFM的控制技术属于变频控制，开关频率随电路参数改变而变化，存在滤波网络设计复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种开关变换器非线性调制电压型控制装置，并使之具有较快的输入响应速度和负载响应速度、较高的稳态精度，并且结构简单，适用于多种拓扑结构的变换器。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是：一种开关变换器非线性调制电压型控制装置，主要由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、误差放大器EA、三角波产生器TSG、非线性调制电路MCC和驱动电路DR组成；检测电路VS1和VS2与功率电路TD相连，第一电压检测电路VS1的输出端与误差放大器EA输入端相连；误差放大器EA的输出端、第一电压检测电路VS1的输出端、第二电压检测电路VS2的输出端和三角波产生器TSG的输出端分别与非线性调制电路MCC的四个输入端相连；非线性调制电路MCC输出端和驱动电路DR的输入端相连，驱动电路DR的输出端与功率电路TD相连。进一步地，所述非线性调制电路MCC由非线性运算电路NC和比较器CMP组成，具体组成形式为：信号Vin、Vsaw、VOS和Ve与非线性运算电路NC的四个输入端相连，非线性运算电路NC输出的信号VS和VC与比较器CMP的两个输入端相连，比较器CMP的输出端信号即为控制信号VP。本专利技术的目的还在于，同时提供采用上述装置的一种实现开关变换器非线性调制电压型控制方法，具体的手段为：一种采用如上装置的开关变换器非线性调制电压型控制方法，通过检测输出电压值，得到信号VOS；通过检测输入电压值，得到信号Vin；将VOS和电压基准值Vref送入误差放大器产生信号Ve；通过三角波产生器生成载波信号Vsaw；将VOS、Vin、Ve和Vsaw送入非线性调制电路生成信号VP，控制变换器开关管的导通和关断。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、与现有的峰值电流控制开关变换器相比，采用本专利技术的开关变换器在输入电压跳变时，瞬态响应速度更快；且使用本专利技术的开关变换器在控制脉冲的占空比较大时，不会产生次谐波振荡现象。二、与现有的单周期控制开关变换器相比，采用本专利技术的开关变换器在输入电压或者负载跳变时，瞬态响应速度更快；当开关变换器控制脉冲的占空比较大时，采用本专利技术的开关变换器不会产生降频现象。三、与现有的V2控制开关变换器相比，采用本专利技术的开关变换器在负载跳变时，瞬态响应速度更快；并且当开关变换器的输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance，ESR)值较小时，不会出现不稳定现象。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术的电路原理框图。图2为本专利技术实施例一的非线性运算电路NC的原理图。图3为本专利技术实施例一的电路原理框图。图4为本专利技术实施例一中输入电压跳变时控制信号VC、载波信号VS以及信号VP之间的关系示意图。其中，(a)为本专利技术实施例一在输入电压减小时控制信号VC、载波信号VS以及信号VP之间的关系示意图；(b)为本专利技术实施例一在输入电压增加时控制信号VC、载波信号VS以及信号VP之间的关系示意图。图5为本专利技术实施例一中负载跳变时控制信号VC、载波信号VS以及信号VP之间的关系示意图。其中，(a)为本专利技术实施例一在负载减小时控制信号VC、载波信号VS以及信号VP之间的关系示意图；(b)为本专利技术实施例一在负载增加时控制信号VC、载波信号VS以及信号VP之间的关系示意图。图6为本专利技术实施例一与峰值电流控制和单周期控制的Buck变换器在输入电压跳变时输出电压的时域仿真波形对比图。其中，(a)为本专利技术实施例一在输入电压由30V阶跃至25V时输出电压的时域仿真波形对比图；(b)为本专利技术实施例一在输入电压由30V阶跃至35V时输出电压的时域仿真波形对比图。图7为本专利技术实施例一与单周期控制和V2控制的Buck变换器在负载跳变时输出电压的时域仿真波形对比图。其中，(a)为本专利技术实施例一在负载由1A阶跃至0.5A时输出电压的时域仿真波形对比图；(b)为本专利技术实施例一在负载由1A阶跃至1.5A时输出电压的时域仿真波形对比图。图8为本专利技术实施例一与峰值电流控制、单周期控制和V2控制的Buck变换器的输出电压的稳态时域仿真波形对比图。其中，(a)为本专利技术实施例一与峰值电流控制和单周期控制的Buck变换器在输入电压为15V时输出电压的稳态时域仿真波形对比图；(b)为本专利技术实施例一与V2控制的Buck变换器在ESR＝5mΩ时输出电压的稳态时域仿真波形对比图。图9为本专利技术实施例二的非线性运算电路NC的原理图。图10为本专利技术实施例二的电路原理框图。具体实施方式如图1所示，本专利技术主要包含由功率电路TD、第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、误差放大器EA、三角波产生器TSG、非线性调制电路MCC和驱动电路DR组成。第一电压检测电路VS1的输出端与误差放大器EA的输入端相连；误差放大器EA的输出端、第一电压检测电路VS1的输出端、第二电压检测电路VS2的输出端和三角波产生器TSG的输出端分别与非线性调制电路MCC的四个输入端相连；MCC的输出端与驱动电路DR的输入端相连，驱动电路DR的输出端与功率电路TD相连。实施例一：本专利技术所述的非线性调制电路MCC由非线性运算电路NC和比较器CMP组成，具体组成形式为：信号Vin、Vsaw、VOS和Ve与非线性运算电路NC的四个输入端相连，非线性运算电路NC输出的信号VS和VC与比较器CMP的两个输入端相连，比较器CMP的输出端信号即为控制信号VP。如图2所示，非线性运算电路NC由第一乘法器MUXA和第二乘法器MUXB组成，具体组成形式为：检测信号Vin和三角波信号Vsaw与第一乘法器MUXA的两个输入端相连，第一乘法器MUXA的输出端即为信号VS，检测信号VOS和误差信号Ve与第二乘法器MUXB的两个输入端相连，第二乘法器MUXB的输出端即为信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关变换器非线性调制电压型控制装置，其特征在于，主要由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、误差放大器EA、三角波产生器TSG、非线性调制电路MCC和驱动电路DR组成；检测电路VS1和VS2与功率电路TD相连，第一电压检测电路VS1的输出端与误差放大器EA输入端相连；误差放大器EA的输出端、第一电压检测电路VS1的输出端、第二电压检测电路VS2的输出端和三角波产生器TSG的输出端分别与非线性调制电路MCC的四个输入端相连；非线性调制电路MCC输出端和驱动电路DR的输入端相连，驱动电路DR的输出端与功率电路TD相连。

【技术特征摘要】
1.一种开关变换器非线性调制电压型控制装置，其特征在于，主要由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、误差放大器EA、三角波产生器TSG、非线性调制电路MCC和驱动电路DR组成；检测电路VS1和VS2与功率电路TD相连，第一电压检测电路VS1的输出端与误差放大器EA输入端相连；误差放大器EA的输出端、第一电压检测电路VS1的输出端、第二电压检测电路VS2的输出端和三角波产生器TSG的输出端分别与非线性调制电路MCC的四个输入端相连；非线性调制电路MCC输出端和驱动电路DR的输入端相连，驱动电路DR的输出端与功率电路TD相连。2.根据权利要求1所述的开关变换器非线性调制电压型控制装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，赵泓博，刘畅，徐顺刚，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51