一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置和方法，检测的输出电压与基准电压经电压环误差放大器作用后产生电压环误差信号，该误差信号与检测的电感电流信号经电流环误差放大器作用产生电流环误差信号，电流环误差信号与检测的输出电压经变频调制器，产生驱动脉冲信号，再经过驱动电路控制开关装置调节输出电压与输出电流。其特征在于在传统平均电流控制基础上增加了一个输出电压控制环路。该发明专利技术突出优点是：与传统平均电流型控制相比，本发明专利技术提高了开关电源的电流瞬态响应速度和轻载效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置和方法
本专利技术涉及开关电源设备
，特别是涉及一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置和方法。
技术介绍
随着电子信息技术的快速发展，各种电子产品在人们的生活、生产中得到了广泛的使用。这些电子产品的正常、高效工作离不开可靠的电源。相对于传统线性电源，开关电源因具有体积小、重量轻和效率高等特点，得到了学术界和工程界的很大关注，并且成为电力电子领域中一个最为活跃的分支。然而，随着电子产品的功能越来越强大，其对开关电源的工作性能，尤其是瞬态性能，提出了越来越高的要求。开关电源主要由开关功率变换器和控制电路两部分组成，其中开关功率变换器利用功率开关器件实现电能的传递和变换，控制电路根据目标要求对控制变量的控制。常见的开关功率变换器拓扑结构有Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器、正激变换器、反激变换器等。控制电路能够检测开关功率变换器控制量(如电感电流、输出电压)的变化，并据此产生相应的脉冲信号控制开关功率变换器功率开关器件的工作状态，从而调节传递给负载的能量，实现开关功率变换器的稳定输出。控制电路的结构和工作原理由开关功率变换器所采用的控制方法决定。对于给定的开关功率变换器拓扑，采用不同的控制方法对系统的稳态精度和动态性能等产生不同的影响。对于给定的应用场合，开关功率变换器的拓扑结构往往是固定，因此，控制电路的设计在很大程度上决定着开关电源的工作性能。传统平均电流控制技术是一种常见的开关功率变换器控制方法，具有电流控制精度高、抗干扰能力强等优点，因此被应用于各种电子产品中。然而，基于传统平均电流控制的开关功率变换器的瞬态性能较差。此外，由于开关频率固定，当开关功率变换器工作在轻载时，开关损耗所占总损耗的比重较大，导致轻载功率较低。因此，有必要对传统平均电流控制技术进行改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置和方法，提高了传统平均电流控制的瞬态响应速度和轻载效率。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置，包括用于开关电源的功率电路和控制器，其中，功率电路包括依次连接的输入装置、开关装置、滤波装置和输出装置，输入装置连接到开关装置，经过开关装置后传输到滤波装置，经过滤波装置的作用后进入输出装置；控制器包括电压检测装置、基准电压、电压环误差放大器、电流采样装置、电流环误差放大器、变频调制器和驱动电路，电压检测装置输入端连接在输出装置上，电压检测装置的输出端和基准电压分别连接电压环误差放大器的两个输入端；电流采样装置输入端连接在滤波装置上，电流采样装置的输出端与电压环误差放大器的输出端分别连接电流环误差放大器的两个输入端，电流环误差放大器的输出端和电压检测装置的输出端连接变频调制器，变频调制器的输出端连接驱动电路，经驱动电路后，连接至开关装置，用于控制开关装置的导通与关断，开关装置的输入端连接输入装置。电压检测装置检测输出电压，与基准电压通过电压环误差放大器进行误差放大，获得电压误差信号；电流检测装置检测电流，与电压环提供的电压误差信号通过电流环误差放大器进行误差放大，获得电流环误差信号信号；电流环误差信号与电压检测装置检测的输出电压通过变频调制器，产生驱动脉冲信号，驱动脉冲信号通过驱动电路控制主电路工作。一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制方法，包括上述电路，还包括以下步骤：当开关电源的输入连接至输入装置的电压Vin时，即开关电源上电时，由电压检测装置检测输出装置的输出电压vo，并将检测到的输出电压vo与基准电压Vref经电压环误差放大器作用产生电压环误差信号vcon_v；同时，电流采样装置采集滤波装置的电流信号RSiL，并将检测到的电流信号RSiL与电压环误差信号vcon_v经电流环误差放大器作用产生电流环误差信号vcon_i；然后，电流环误差信号vcon_i与输出电压通过变频调制器产生驱动脉冲信号，经过驱动电路，控制开关装置的导通与关断，从而调节开关功率变换器的输出电压和输出电流。当输出电压小于电流环误差信号时，变频调制器输出并保持高电平信号，经过驱动电路，导通功率开关管；反之，变频调制器输出并保持低电平信号，关断功率开关管。本专利技术的有益效果是：与传统平均电流控制相比，本专利技术提高了开关功率变换器在电流环误差信号发生突变时的电流瞬态响应速度以及轻载效率。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的控制系统实现装置结构框图；图2为本专利技术实施例的电路结构示意图；图3为本专利技术实施例和传统平均电流控制的Buck变换器在电流环误差信号正跳变时的时域仿真波形图；其中，(a)电流环误差信号波形；(b)传统平均电流控制Buck变换器的电感电流波形；(c)本专利技术方法控制Buck变换器的电感电流波形。图4为本专利技术实施例和传统平均电流控制的Buck变换器在电流环误差信号负跳变时的时域仿真波形图；其中，(d)电流环误差信号波形；(e)传统平均电流控制Buck变换器的电感电流波形；(f)本专利技术方法控制Buck变换器的电感电流波形。图5为本专利技术实施例和传统平均电流控制的Buck变换器随负载减轻时的时域仿真波形图，其中，(a)传统平均电流控制的Buck变换器的电感电流波形和负载电流波形；(b)传统平均电流控制的Buck变换器的驱动脉冲信号波形；(c)本专利技术方法控制的Buck变换器的电感电流波形和负载电流波形；(d)本专利技术方法控制的Buck变换器的驱动脉冲信号波形。图中：1、输入装置，2、开关装置，3、滤波装置，4、输出装置，5、电压检测装置，6、基准电压，7、电压环误差放大器，8、电流采样装置，9、电流环误差放大器，10、变频调制器，11、驱动电路。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1所示，本专利技术的一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置，虚线框外为功率电路，包括：输入装置1、开关装置2、滤波装置3和输出装置4；连接关系：输入装置1连接到开关装置2，经过开关装置2后传输到滤波装置3，经过滤波装置3的作用后进入输出装置4。其中，输入装置1是用于提供输入电压的装置，可以采用锂电池或蓄电池等；开关装置2可以采用场效应管、三极管等；滤波装置3可以采用电感和电容组成的低通滤波器或单独电感组成的滤波器；输出装置4可采用功率电阻、超级电容、微处理器或LED等。虚线框内为控制器，包括：电压检测装置5、基准电压6、电压环误差放大器7、电流采样装置8、电流环误差放大器9、变频调制器10和驱动电路11；连接关系：连接在输出4上的电压检测装置5和基准电压6分别连接电压环误差放大器7的两个输入端；连接在滤波装置3上的电流采样装置8与电压环误差放大器7的输出端分别连接电流环误差放大器9的两个输入端，电流环误差放大器9的输出端和电压检测装置5的输出端连接变频调制器10，变频调制器10的输出端连接驱动电路11，经驱动电路11后，用于控制开关装置2的导通与关断。其中，电压检测装置5可以采用由运算放大器搭建的电压跟随器；基准电压6可以由辅助电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置，其特征在于：包括用于开关电源的功率电路和控制器，其中，功率电路包括依次连接的输入装置、开关装置、滤波装置和输出装置，输入装置连接到开关装置，经过开关装置后传输到滤波装置，经过滤波装置的作用后进入输出装置；控制器包括电压检测装置、基准电压、电压环误差放大器、电流采样装置、电流环误差放大器、变频调制器和驱动电路，电压检测装置输入端连接在输出装置上，电压检测装置的输出端和基准电压分别连接电压环误差放大器的两个输入端；电流采样装置输入端连接在滤波装置上，电流采样装置的输出端与电压环误差放大器的输出端分别连接电流环误差放大器的两个输入端，电流环误差放大器的输出端和电压检测装置的输出端连接变频调制器的两个输入端，变频调制器的输出端连接驱动电路，经驱动电路后，连接至开关装置，用于控制开关装置的导通与关断，开关装置的输入端连接输入装置。

【技术特征摘要】
1.一种基于输出电压反馈的变频平均电流控制装置，其特征在于：包括用于开关电源的功率电路和控制器，其中，功率电路包括依次连接的输入装置、开关装置、滤波装置和输出装置，输入装置连接到开关装置，经过开关装置后传输到滤波装置，经过滤波装置的作用后进入输出装置；控制器包括电压检测装置、基准电压、电压环误差放大器、电流采样装置、电流环误差放大器、变频调制器和驱动电路，电压检测装置输入端连接在输出装置上，电压检测装置的输出端和基准电压分别连接电压环误差放大器的两个输入端；电流采样装置输入端连接在滤波装置上，电流采样装置的输出端与电压环误差放大器的输出端分别连接电流环误差放大器的两个输入端，电流环误差放大器的输出端和电压检测装置的输出端连接变频调制器的两个输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希，包伯成，吴靖，吴志敏，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32