单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法及其装置，外环采用电压型变频控制技术，实现对主开关管的控制；内环采用固定导通或关断时间电压型变频控制技术，控制输出支路开关管，从而实现各个输出支路的独立调节。本发明专利技术可用于控制单电感双输出拓扑结构的多种变换器，诸如：Buck变换器、Boost变换器、Buck-boost变换器、Bipolar变换器等，相对于传统电压型PWM控制单电感双输出变换器，其优点是：具有输出电压纹波小，稳态性能好，输入瞬态响应和负载瞬态响应速度快，变换器输出支路间的交叉影响小等。

【技术实现步骤摘要】
单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法及其装置
本专利技术涉及电力电子设备，尤其是一种单电感双输出开关变换器的控制方法及其装置。
技术介绍
随着智能手机、平板电脑等电子产品的广泛普及，用户对为电子产品供电电源的体积、负载范围以及效率的要求越来越高。研究表明，单电感双输出开关变换器能为智能手机、平板电脑等电子产品提供两路独立的供电电源，减少电感及控制芯片的数量，有效地减小电源体积，降低电源成本，提高转换效率，从而受到学术界和工业界越来越多的关注。对于同一个单电感双输出开关变换器，不同的控制方法使得变换器具有不同的瞬态和稳态性能。基于脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)的控制技术是最为常见的单电感双输出开关变换器控制方法，如传统的电压型控制单电感双输出开关变换器、差模-共模电压型PWM控制单电感双输出开关变换器和平均电流控制单电感双输出变换器等。上述基于PWM的控制技术思想是：将变换器输出电压或电流与基准电压进行比较，得到的误差信号经过误差放大器补偿后生成控制电压，并将控制电压与固定频率的锯齿波进行比较，获得高、低电平的脉冲控制信号，再通过驱动电路控制开关管的导通和关断，实现开关变换器输出电压的调节。基于脉冲宽度调制的控制方法，实现简单，但因采用固定频率的锯齿波作为调制波，具有输入瞬态响应慢、负载瞬态响应慢、输出支路之间的交叉影响严重等缺点。与含有固定频率锯齿波的PWM控制技术相比，采用脉冲频率调制(pulsefrequencymodulation，PFM)技术的开关变换器，开关频率可调节，具有输入瞬态响应快，负载瞬态响应快等特点。电压型恒定导通时间控制和电压型恒定关断时间控制是两种较为常见的电压型PFM控制技术，其中电压型恒定导通时间控制技术的基本思想是：开关周期开始时，开关管导通，变换器输出电压上升；经过恒定导通时间后，开关管关断，输出电压下降，当其下降至基准电压时，开关管再次导通，开始新的开关周期。传统的PFM技术直接运用到单电感双输出开关变换器时，由于变换器中存在两条输出支路和多个开关管，使得变换器输出支路之间的交叉影响严重，负载跳变时变换器易失稳，不能正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单电感双输出开关变换器的控制方法，使之同时具有很好的瞬态响应和较低的交叉影响，适用于多种拓扑结构的单电感双输出开关变换器。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是：一种单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法，在单电感双输出开关变换器中，在每个周期的开始时刻，检测两输出支路的输出电压，得到输出电压检测信号Voa、Vob；输出电压检测信号Voa与电压控制信号Vc1经过第一比较器CMP1生成脉冲信号Vp1，用以控制单电感双输出开关变换器主开关管的导通与关断；将输出电压检测信号Voa、Vob经过减法器SUB生成输出电压差模信号Vdif，Vdif与电压控制信号Vc2经过第二比较器CMP2生成窄脉冲信号VS，结合预设的固定时间间隔t，产生脉冲信号Vp2，用以控制单电感双输出开关变换器支路开关管的导通与关断。本专利技术所述之单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法，电压控制信号Vc1、Vc2的产生方式为：电压控制信号Vc1由第一电压控制器VCM1产生，等于参考电压Vref1或由参考电压Vref1与输出电压检测信号Voa经过误差放大器EA1产生；电压控制信号Vc2由第二电压控制器VCM2产生，等于参考电压Vref2或由参考电压Vref2与输出电压差模信号Vdif经过误差放大器EA2产生。单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法的装置，其特征在于：由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第一电压控制器VCM1、第二电压控制器VCM2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、减法器SUB、触发器RS、定时器CT、反相器NOR、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2和第三驱动电路DR3组成；所述的第一电压检测电路VS1的输出端与第一电压控制器VCM1的输入端连接，且VS1的输出端与VCM1的输出端分别连接在第一比较器CMP1的两个输入端，第一比较器CMP1的输出端与第一驱动电路DR1的输入端相连，控制变换器主开关管的导通和关断；所述的第二电压检测电路VS2的输出端与减法器SUB的一个输入端相连，减法器SUB的另一个输入端与第一电压检测电路VS1的输出端相连，减法器SUB的输出端与第二比较器CMP2的一个输入端相连、第二比较器CMP2的的输出端与触发器RS的S端相连，触发器RS的Q端与第二驱动电路DR2的输入端相连；定时器CT的输出端与触发器RS的R端相连，以确定固定时间间隔t；减法器SUB的输出端还与第二电压控制器VCM2的输入端相连，第二电压控制器VCM2的输出端连接在第二比较器CMP2的另一个输入端；触发器RS的Q1端与定时器CT的输入端相连；触发器RS的Q端还通过反相器NOR连接到第三驱动电路DR3的输入端，控制变换器支路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、与现有的基于脉冲宽度调制的单电感双输出开关变换器控制技术相比，本专利技术的单电感双输出开关变换器在稳态时，输出电压纹波小。二、与现有的基于脉冲宽度调制的单电感双输出开关变换器控制技术相比，本专利技术的单电感双输出开关变换器在输入电压发生改变时，能够快速调节主开关管和支路开关管的导通和关断，输出电压超调量小，调节时间短，变换器的瞬态响应性能高。三、与现有的基于脉冲宽度调制的单电感双输出开关变换器控制技术相比，本专利技术的单电感双输出开关变换器在负载发生改变时，能够快速调节主开关管和支路开关管的导通和关断，输出电压和电感电流超调量小，调节时间短，变换器的瞬态响应性能高，两输出支路之间的交叉影响小，系统稳定性好。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为本专利技术实施例一控制方法的电路结构框图。图2为本专利技术实施例一的电压控制器的电路结构框图。图3为本专利技术实施例一的电路结构框图。图4为本专利技术实施例一的主要工作波形示意图。图5为本专利技术实施例一和差模-共模电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在a输出支路负载突变时的瞬态时域仿真波形。图6为本专利技术实施例一和差模-共模电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在b输出支路负载突变时的瞬态时域仿真波形。图7为本专利技术实施例一和差模-共模电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在输入电压突变时的瞬态时域仿真波形。图8为本专利技术实施例二的电压控制器的电路结构框图。图9为本专利技术实施例三的电路结构框图。图2中：(a)为本专利技术实施例一的第一电压控制器VCM1的电路结构框图；(b)为本专利技术实施例一的第二电压控制器VCM2的电路结构框图。图5中：(a)为本专利技术实施例一在a输出支路负载突变时的瞬态响应波形；(b)为差模-共模电压型PWM控制单电感双输出开关变换器在a输出支路负载突变时的瞬态响应波形。图6中：(a)为本专利技术实施例一在b输出支路负载突变时的瞬态响应波形；(b)为差模-共模电压型PWM控制单电感双输出开关变换器在b输出支路负载突变时的瞬态响应波形。图7中：(a)为本专利技术实施例一在输入电压突变时的瞬态响应波形；(b)为差模-共模电压型PWM控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法，在单电感双输出开关变换器中,在每个开关周期的开始时刻，检测两条输出支路的输出电压，得到信号Voa、Vob；外环控制电路将Voa与电压控制信号Vc1经过第一比较器CMP1生成脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通与关断；内环控制电路将Voa、Vob经过减法器生成信号Vdif，Vdif与电压控制信号Vc2经过第二比较器CMP2生成窄脉冲信号VS，结合预设的固定时间间隔t，产生脉冲信号Vp2，用以控制变换器支路开关管的导通与关断。

【技术特征摘要】
1.一种单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法，在单电感双输出开关变换器中,在每个开关周期的开始时刻，检测两条输出支路的输出电压，得到信号Voa、Vob；外环控制电路将Voa与电压控制信号Vc1经过第一比较器CMP1生成脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通与关断；内环控制电路将Voa、Vob经过减法器SUB生成信号Vdif，Vdif与电压控制信号Vc2经过第二比较器CMP2生成窄脉冲信号VS，结合预设的固定时间间隔t，产生脉冲信号Vp2，用以控制变换器支路开关管的导通与关断。2.一种实现权利要求1所述的单电感双输出开关变换器双环电压型PFM控制方法的装置，其特征在于：由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第一电压控制器VCM1、第二电压控制器VCM2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、减法器SUB、触发器RS、定时器CT、反相器NOR、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2和第三驱动电路DR3组成；所述的第一电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，周述晗，王瑶，陈兴，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51