脉冲序列控制型开关电源及开关控制方法技术

本发明专利技术提供了一种脉冲序列控制型开关电源及控制方法，所述开关电源包括变换单元、脉冲选择单元、脉冲发生单元以及驱动单元，其中：所述脉冲发生单元，用于产生频率相同、占空比不同的第一脉冲信号和第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号的占空比大于所述第二脉冲信号的占空比；所述脉冲选择单元，用于根据流经输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述驱动单元，用于根据输入信号驱动所述开关管导通。本发明专利技术基于变换单元中流经载侧的滤波电容的电容电流与输出电压，来选择高、低功率脉冲，从而矫正了因输出电压滞后电感电流而引起的低频振荡现象。

【技术实现步骤摘要】
脉冲序列控制型开关电源及开关控制方法
本专利技术涉及电源领域，更具体地说，涉及一种脉冲序列控制型开关电源及开关控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的快速发展和便携式电子设备的普及，对开关电源性能和成本的要求越来越高。开关电源一般采用脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)控制方案，而上述PWM控制方案需要设计合适的误差放大器及其补偿网络，增加了控制系统设计的复杂性，制约了开关电源的稳定和瞬时性能的提高。脉冲序列(PulseTrain，PT)控制方案是近年来出现的一种新型开关电源控制技术，其根据开关电源的工作状况，在每个开关周期起始时刻从预设的高功率控制脉冲和低功率控制脉冲中选择开关管有效控制信号：当开关电源输出电压低于参考电压时，选择高功率控制脉冲作为有效的控制信号，从而增加变换器从输入端吸收的能量，迫使输出电压上升；反之，选择低功率控制脉冲作为有效的控制信号，从而减少变换器从输入端吸收的能量，迫使输出电压下降。相对于PWM控制方案，PT控制方案是通过调整两组预设频率相同、占空比不同的高、低功率脉冲序列组合实现对输出电压的调节，具有电路实现简单、不需补偿控制网络、响应速度快的优点，适用于性价比要求高的开关电源系统。PT控制方案在电感电流断续导电模式(DiscontinuousConductionMode，DCM)的开关变换器得到了成功的应用。在DCM模式下，每个开关周期起止时刻电感储能为零，变换器一个开关周期内输入的能量全部传递到输出端。因此，高功率控制脉冲作用时输出电压上升，低功率控制脉冲作用时输出电压下降。为了拓宽变换器的功率范围，可将PT控制方案推广到电感电流连续导电模式(ContinuousConductionMode，CCM)的开关变换器(以下简称CCM变换器)中，但开关周期起止时刻电感储能不再相等，由此导致高功率脉冲作用时，电感电流上升，但不能保证输出电压立即上升；反之，低功率脉冲作用时，电感电流下降，但不能保证输出电压立即下降。因此，采用PT控制方案的CCM变换器的输出电压存在调节的滞后性并由此引发了低频振荡现象，严重影响了开关变换器的工作性能。针对采用PT控制方案的CCM变换器的低频振荡行为，目前主要从两方面展开。一方面从低频振荡产生的机理出发，通过提出新的控制方法从根本上消除低频振荡现象，例如：(1)采用双模式(dual-modePT/PWM)控制，使变换器稳态时工作于PWM控制模式，保证变换器稳态时输出电压的精度；瞬态时工作于PT控制模式，保证变换器瞬时响应性能，但该方案控制过程复杂。(2)采用谷值电流型脉冲序列(VCM-PT)控制，使一个开关周期内电感储能的变化量为零，从根本上消除了CCM变换器的低频振荡现象，但同时也限制了CCM变换器功率范围。(3)针对VCM-PT控制技术的缺陷提出了多谷值电流型脉冲序列(MVC-PT)控制方法，通过增加预设负载电流参考值及谷值电流数量拓宽了CCM变换器功率范围，但控制器复杂、成本高、鲁棒性差。(4)针对MVC-PT控制技术存在的问题提出了滑动谷值电流型脉冲序列(SVC-PT)控制方法，简化了控制电路及设计，节约了电路成本，避免过多的预设值对电路精度及稳定性的影响，同时提高了变换器功率范围及实现最小纹波输出，但变换器设计较为复杂。另一方面，通过改善控制方式或主电路电路参数抑制低频振荡行为，例如：(1)针对电流型脉冲序列(CM-PT)控制CCMBuck变换器存在低频振荡现象，通过合理设计控制参数以避免低频振荡，但却限制了开关变换器的负载功率可调范围。(2)采用电容电流脉冲跨周期调制(CC-PSM)方法，对电容电流峰值进行限制，可有效抑制CCMBuck变换器在低输出滤波电容等效串联电阻(EquivalentSeriesResistance，ESR)时的低频振荡行为，然而此方法是变频控制，增加了滤波的难度。(3)通过增大ESR值来抑制低频振荡，但较大的ESR值将伴随不可忽略的输出电压纹波及功率损耗。(4)采用电容电流型脉冲序列(CC-PT)控制技术，通过限制电容电流峰值抑制低频振荡现象，但随着负载功率变化脉冲序列组合在不断改变，从而引起较大的输出电压纹波。(5)通过电感电流纹波注入反馈(ICRIF)支路将电感电流纹波信息叠加到输出端，进而解决了输出电压调节的滞后性，从而抑制了CCM变换器的低频振荡现象，但由于引入ICRIF支路，增加了电路设计复杂度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述采用PT控制的CCM变换器为消除低频振荡而导致功率损耗大、电路复杂的问题，提供一种脉冲序列控制型开关电源及开关控制方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种脉冲序列控制型开关电源，包括变换单元，且所述变换单元包括开关管以及输出滤波电容，所述开关电源还包括脉冲选择单元、脉冲发生单元以及驱动单元，其中：所述脉冲发生单元，用于产生频率相同、占空比不同的第一脉冲信号和第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号的占空比大于所述第二脉冲信号的占空比；所述脉冲选择单元，用于根据流经所述输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述驱动单元，用于根据输入信号驱动所述开关管导通。在本专利技术所述的脉冲序列控制型开关电源中，所述脉冲选择单元包括电流采样电路、电压采样电路、加法电路、比较器以及选择电路；其中：所述电流采样电路，用于采样流经所述输出滤波电容的电容电流；所述电压采样电路，用于采样所述变换单元的输出电压；所述加法电路，用于将采样得到的所述电容电流与采样得到的所述输出电压相加后输出；所述比较器，用于将所述加法电路的输出与参考电压进行比较，并根据比较结果使所述选择电路选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入。在本专利技术所述的脉冲序列控制型开关电源中，所述比较器在所述加法电路的输出小于或等于所述参考电压时，使所述选择电路选择所述第一脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述比较器在所述加法电路的输出大于所述参考电压时，使所述选择电路选择所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入。在本专利技术所述的脉冲序列控制型开关电源中，所述脉冲选择单元包括取样电路，所述取样电路连接在所述加法电路和所述比较器之间，且所述取样电路仅在每个开关周期的起始时刻将所述加法电路的输出信号传送给所述比较器。在本专利技术所述的脉冲序列控制型开关电源中，所述变换单元为降压变换器。本专利技术还提供一种脉冲序列控制型开关电源开关控制方法，所述开关电源包括变换单元，且所述变换单元包括开关管以及输出滤波电容，所述控制方法包括以下步骤：产生频率相同、占空比不同的第一脉冲信号和第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号的占空比大于所述第二脉冲信号的占空比；根据流经所述输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号；根据选择的所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号驱动所述开关管导通。在本专利技术所述的脉冲序列控制型开关电源开关控制方法中，所述根据流经所述输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号包括：采样流经所述输出滤波电容的电容电流；采样所述变换单元的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲序列控制型开关电源，包括变换单元，且所述变换单元包括开关管以及输出滤波电容，其特征在于，所述开关电源还包括脉冲选择单元、脉冲发生单元以及驱动单元，其中：所述脉冲发生单元，用于产生频率相同、占空比不同的第一脉冲信号和第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号的占空比大于所述第二脉冲信号的占空比；所述脉冲选择单元，用于根据流经所述输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述驱动单元，用于根据输入信号驱动所述开关管导通。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲序列控制型开关电源，包括变换单元，且所述变换单元包括开关管以及输出滤波电容，其特征在于，所述开关电源还包括脉冲选择单元、脉冲发生单元以及驱动单元，其中：所述脉冲发生单元，用于产生频率相同、占空比不同的第一脉冲信号和第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号的占空比大于所述第二脉冲信号的占空比；所述脉冲选择单元，用于根据流经所述输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述驱动单元，用于根据输入信号驱动所述开关管导通。2.根据权利要求1所述的脉冲序列控制型开关电源，其特征在于，所述脉冲选择单元包括电流采样电路、电压采样电路、加法电路、比较器以及选择电路；其中：所述电流采样电路，用于采样流经所述输出滤波电容的电容电流；所述电压采样电路，用于采样所述变换单元的输出电压；所述加法电路，用于将采样得到的所述电容电流与采样得到的所述输出电压相加后输出；所述比较器，用于将所述加法电路的输出与参考电压进行比较，并根据比较结果使所述选择电路选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入。3.根据权利要求2所述的脉冲序列控制型开关电源，其特征在于，所述比较器在所述加法电路的输出小于或等于所述参考电压时，使所述选择电路选择所述第一脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述比较器在所述加法电路的输出大于所述参考电压时，使所述选择电路选择所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入。4.根据权利要求2所述的脉冲序列控制型开关电源，其特征在于，所述脉冲选择单元包括取样电路，所述取样电路连接在所述加法电路和所述比较器之间，且所述取样电路仅在每个开关周期的起始时刻将所述加法电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙，
申请(专利权)人：苏州汇川联合动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32