一种多路输出恒流源功率分配控制方法技术

技术编号:21898305 阅读:54 留言:0更新日期:2019-08-17 17:08
本发明专利技术公开了一种多路输出恒流源功率分配控制方法,其特征是ARM系统采样每路输出的实时负载值,并且在输入端和输出端通过控制各自对应的开关导通时间来分配每路输出额定功率,从而稳定输出电流,达到稳定电流和提高电流精度的要求。其中开关导通时间的计算方法如下:根据安匝比守恒以及反激变换器变比原则,求出主开关关断时反激变换器副边所有路的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,进行比较,取最小时间为对应开关的导通时间;依次类推,直到计算出第N路开关的导通时间。

A Power Distribution Control Method for Multiple Output Constant Current Sources

【技术实现步骤摘要】
一种多路输出恒流源功率分配控制方法
本专利技术涉及开关电源领域,具体涉及一种改进型的基于功率分配控制策略的设计方法。
技术介绍
目前,开关电源正在朝着更加便携化,小型化的方向发展,能够输出稳定电流的多路输出恒流源也正在成为研究的热点。在这方面,已经进行了很多的研究和实验。已有的方法是通过在单个变换器输出端增加绕组的方式实现多路输出恒流目的,这种方法可以减小系统体积,降低设计成本。但在多路输出各路电流精度和稳定度都有严格要求的场合中,多路输出之间存在的交叉调整率的问题成了影响电源性能的主要因素,随着输出电流路数的不断增加,交叉调整率变得越来越差。各路输出电流的稳定度和精确度都会因为交叉调整率的问题变的更不可控。而另一种方法是基于功率分配控制策略的设计方法,这种设计方法在根本上解决了由于漏感的存在造成的多路输出交叉调整率问题,提高了输出电压的精度和稳定度,但该设计方法不适用于高精度多路恒流源的场合,一方面,以往的控制策略是多路恒压输出而非多路恒流输出。另一方面,多路输出的精度不够,造成精度不够的主要原因是在功率分配控制策略中,需要计算出次级开关管的导通时间,如果导通时间计算不准确,便很难达到设计要求的精度。本专利技术就是在原先基于功率分配控制策略的基础上,专利技术了一种改进型的基于功率分配控制策略的设计方法,提高了多路输出的电流精度和稳定度。
技术实现思路
本专利技术针对上有技术存在的问题,提出了一种多路输出恒流源功率分配控制方法,本专利技术解决了多路输出电流不稳定、精确度低等问题,有效提高了基于功率分配控制策略的多路输出恒流精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种多路输出恒流源功率分配控制方法,ARM系统采样每路输出的实时负载值,并且在输入端和输出端通过控制各自对应的开关导通时间来分配每路输出额定功率,从而稳定输出电流。其中开关导通时间的计算方法如下:根据安匝比守恒以及反激变换器变比原则,求出主开关关断时反激变换器副边所有路的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,进行比较,取最小时间为对应开关的导通时间;依次类推,在第N-1个开关导通时间结束后,对应路开关均已断开,此时变压器上的剩余能量转移到第N路上,该路电感电流发生N-1次跳变,此时由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便为第N路输出平均电流,据此便可计算出第N路开关的导通时间;每一路开关关断时,其余路电感电流都会在这一刻发生突变。以下依三路输出恒流源为例进行详细说明对第一个开关的导通时间的预判过程为:求出主开关关断时,反激变换器副边所有路的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,比较所有时间,并取最小的时间为对应开关的导通时间,其余值舍弃,至此,便得到第一个开关的导通时间。对第二个开关的导通时间的预判过程为:计算在第一个开关关断时刻其余路电感由于能量转移而发生一次跳变的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,比较所有时间,并取最小的时间为第二个开关的导通时间,其余值舍弃,至此,便得到第二个开关的导通时间。对第三个开关的导通时间的预判过程为:计算在前两个开关关断时刻其余路电感由于能量转移而发生两次跳变的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,比较所有时间,并取最小的时间为第三个开关的导通时间,其余值舍弃,至此,便得到第三个开关的导通时间。以往的这种基于功率分配控制策略虽能够实现多路输出的要求,但一方面涉及的是多路输出恒压源,另一方面多路输出的精度还有待提高,输出精度不高的根本问题是在输出端开关管的导通时间不够准确。本专利技术对多路输出的反激变换器功率分配问题进行了详细的研究,通过研究,对输出端开关导通时间的确定进行改进,更好的提高了多路输出恒流源的电流精度和稳定度。附图说明图1是本专利技术实施方案的电路基本结构图。图2是反激变换器主开关关断后副边电感电流第一阶段图。图3是反激变换器主开关关断后副边电感电流第二阶段和第三阶段图。图4是本专利技术的程序框图。图5是本专利技术的仿真结果波形图。具体实施方式以下将结合附图2和附图3对本专利技术做进一步说明。系统原理框图如附图1所示,变压器原边包括输入电压UI(t),主开关S,副边包括开关S1、S2、S3和滤波电容C1、C2、C3。ARM系统采样每路输出的实时负载值,并且在输入端和输出端通过控制各自对应的开关导通时间来分配每路输出额定功率,从而稳定输出电流。本专利技术使用三路输出恒流源为例,若需要更多路输出,对于开关时间的推导方法相同。首先确定多路输出电源反激变换器主开关S导通时间t:假设ARM采样的输出电压分别为vo1、vo2、vo3,输出电流分别为io1、io2、io3,则有:PO1(t)=IE12RL1(4)PO2(t)=IE22RL2(5)PO3(t)=IE32RL3(6)PO(t)=PO1(t)+PO2(t)+PO3(t)(7)上式中,RL1、RL2、RL3分别为三路的实时负载值,PO1(t)、PO2(t)、PO3(t)、PO(t)分别为三路输出的实时功率和总功率。IE1、IE2、IE3分别为三路额定电流。假设高频变压器、整流开关及吸收电路的转换效率为η,则变压器的实时输入功率pI(t)为:pI(t)=ηPO(t)(8)所设计的反激变换器工作在不连续导电模式(DCM)下,根据DCM模式工作原理,在1个开关周期内,计算反激变换器获得的实时输入功率为:式中:L为反激变换器的初级电感值,UI(t)为初级电感上所加的输入电压,t为主开关在一个开关周期里的导通时间,T为主开关开关周期。根据式(8)和式(9)可得到主开关导通时间为:系统原理框图如附图1所示,设n1=N1/N,n2=N2/N,n3=N3/N,VE1=IE1RL1,VE2=IE2RL2,VE3=IE3RL3,IINMAX为初级电感电流峰值,I1MAX、I2MAX、I3MAX分别为副边三路的电感电流峰值。根据多路输出反激变换器原理有:IINMAX=n1·I1MAX+n2·I2MAX+n3·I3MAX(11)由式(11)、(12)、(13)得:主开关关断后,副边三路同时释放电流。三路绕组上的电流如附图2所示。根据图2所示的副边三路电感电流波形,有:上式中I1'、I'2、I3'为对应时刻电感电流值,此时,三路的输出平均电流即为额定电流。即:将式(17)、(18)、(19)分别带入式(20)、(21)、(22)可解得:解得所有路达到其输出额定电流要求时,三路开关的导通时间分别为ts1、ts2、ts3,比较三个时间,假设开关S1的导通时间最小,并取最小的时间t1=min{ts1,ts2,ts3}为对应开关S1的导通时间,其余值舍弃,至此,便得到开关S1的导通时间。第一个开关关断时刻至其在不加控制时电感电流降到零的剩余能量会转移到其余路上,此时其余路电感电流正在按照各自的斜率下降,其余路由于能量的转移,电感上的电流发生突本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多路输出恒流源功率分配控制方法,其特征是ARM系统采样每路输出的实时负载值,并且在输入端和输出端通过控制各自对应的开关导通时间来分配每路输出额定功率,从而稳定输出电流,达到恒流的要求,其中开关导通时间的计算方法如下:根据安匝比守恒以及反激变换器变比原则,求出主开关关断时反激变换器副边所有路的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,进行比较,取最小时间为对应开关的导通时间;依次类推,在第N‑1个开关导通时间结束后,对应路开关均已断开,此时变压器上的剩余能量转移到第N路上,该路电感电流发生N‑1次跳变,此时由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便为第N路输出平均电流,据此便可计算出第N路开关的导通时间;每一路开关关断时,其余路电感电流都会在这一刻发生突变。

【技术特征摘要】
1.一种多路输出恒流源功率分配控制方法,其特征是ARM系统采样每路输出的实时负载值,并且在输入端和输出端通过控制各自对应的开关导通时间来分配每路输出额定功率,从而稳定输出电流,达到恒流的要求,其中开关导通时间的计算方法如下:根据安匝比守恒以及反激变换器变比原则,求出主开关关断时反激变换器副边所有路的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便是各自对应路的输出平均电流,计算各自输出平均电流达到各自额定电流所需要时间,进行比较,取最小时间为对应开关的导通时间;依次类推,在第N-1个开关导通时间结束后,对应路开关均已断开,此时变压器上的剩余能量转移到第N路上,该路电感电流发生N-1次跳变,此时由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值便为第N路输出平均电流,据此便可计算出第N路开关的导通时间;每一路开关关断时,其余路电感电流都会在这一刻发生突变。2.如权利要求1所述的多路输出恒流源功率分配控制方法,其特征是:对第一个开关的导通时间的预判过程为:求出主开关关断时,反激变换器副边所有路的电感电流峰值,由电感电流围成的面积与主开关周期T的比值...

【专利技术属性】
技术研发人员:程红丽王磊沈嘉钰史金鑫梁萍
申请(专利权)人:西安科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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