一种用于实现具有恒定迟滞的双向迟滞电流模控制的系统及电路。所述系统包括转换器，用于驱动电感器以增大或减小电流；用于测量所述电感器中的电流并提供电感器电流信号的模块；针对所述电感器电流的设置点；具有正输入、负输入和输出的比较器，所述比较器用增加(+)或减小(‑)信号来驱动所述转换器的输入；具有两个输入的加法器，所述加法器的第一输入来自所述设置点而所述加法器的第二输入来自所述比较器，所述加法器的两个输入间的相对增益是可变的并且决定了迟滞量；所述比较器具有由所述加法器的输出驱动的正输入和由所述电感器电流信号驱动的负输入。
【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年02月08日，申请号为201280008612.4，名称为“用于具有无损电感器电流感测的双向转换器的迟滞电流模控制器”的中国专利技术专利的分案申请。
技术介绍
DC-DC转换器或DC-AC逆变器中的电流模控制的优点在众多文献中都有介绍。它的最实际目的在于将二阶系统降低为一阶系统，使得更容易实施其控制和电流限制。峰值电流或谷值模式控制是达到这一目的的两种典型方法。这些方法仅探测电感器电流的峰值或谷值并假设另一边的限制具有恒定休止时间(off time)等。这些方法将很难实现真正的双向电流模控制，因为所述电流的一个方向将仍是不被限制的或不受控制的。因此，为实现真正的双向电流模控制，需要知道所有时刻(即两个切换周期)下流过有源电感器元件的瞬时电流，并且在期望的设置点两侧，电感器纹波电流都是可控的。这要求用尽可能短的延时持续测量通过电感器的电流来获得其正确表示，并且随后用期望的设置点附近的上下限对它进行控制。本专利技术公布了一种适用于转换器中电感器电流的无损测量的方法和电路，并将其用于迟滞型真正瞬时双向电流模控制。它能被用于存在有受开关电路驱动的感性能量存储元件的多种配置中。典型地，它是在非隔离降压、升压、降压/升压或逆变器配置中采用的半桥或全桥。第一部分详细介绍了一种以无损的方式测量通过电感器的瞬时双向电流的方法和电路。第二部分详细介绍了一种系统和电路，所述系统和电路用具有非常好的抗噪性的真正双向迟滞型控制来控制电流。第三部分详细介绍了一种方法和电路，所述方法和电路可在闭合环路以用非常高的增益和精度
来控制迟滞电流模控制的转换器的输出电压时实现稳定性。
技术实现思路
本专利技术描述了利用电感器内部电阻来以无损方式感测通过电感器的电流的电路。所述电路保留(preserve)了DC和动态电流信息并使用一个放大器将RC时间常数、差分放大器和放大信号并入一个电路。该电路提供了卓越的抗噪性，同时电流信号仍然具有高带宽和小的群延时。提供了设计RC电路值的等式，以使之与电感器的电感和内部电阻的时间常数相匹配。本专利技术描述一种用于实现具有恒定迟滞的双向迟滞电路模控制的系统和电路。所述系统包括加法器、比较器、电感器电流感测装置和转换器。本专利技术描述了一种实现上述具有增加的抗开关噪声性的系统和加法器的电路。本专利技术描述了一种在闭合环路以利用非常高的增益来控制电流模控制的转换器的输出电压时实现稳定性的方法。它在期望的输出电压设置点与实际输出电压之间使用简单的比例差分放大器并仅用反馈电阻器来设置高DC增益。然后增加跨接在反馈电阻器两端的并联RC级来使增益滚降(roll off)，以这样的方式来使相位裕度总保持在45度以上。附图说明图1是利用RC电路进行无损电感器电流感测的现有方法；图2示出被整合到差分放大器电路中的RC时间常数电路；图3是采用差分放大器情况下的等效RC时间常数；图4是用于增加GBW乘积的级联放大器；图5是用于增加对称和恒定迟滞的方法；图6是具有增加的抗开关噪声性的加法器电路；图7是加法器和电流感测放大器波形；图8是理想压控电流源波特图；图9是采用增加的仪器放大器情况下的波特图；图10是电压控制环路补偿电路；图11是采用环路补偿情况下的最终波特图；图12是迟滞电流模控制双向转换器。具体实施方式电流感测放大器本专利技术的第一部分是测量通过电感器的瞬时电流和获得它的电压表示以在控制电路中使用。第一，测量要在尽可能小的延时内完成，以获得尽可能接近通过电感器的瞬时电流的表示。信号中大的群延时意味着在控制行为发生之前真正的电流可能相当过冲了。延时也将增加相位滞后并使得很难实现整个电路的稳定性。第二，对于双向控制，应当在所有开关周期期间测量电流。第三，电流测量应当几乎不给转换器增加额外的损耗或只给转换器增加微不足道的损耗。在适当放大的情况下增加与电感器串联的电流感测电阻器将使我们能够实现前两个必要条件。然而，它增加了另一损耗分量，对于低电压(<12V)和高电流转换器而言，该另一损耗分量将占总损耗相当的百分比。因而，感测电阻器将降低效率，增加成本和增大转换器的大小和重量。为避免与电流感测电阻器相关的缺点，在以前的文献中引入了无损电感器电流感测。这之所以可行，是因为认识到电感器自己的内部电阻及其电感具有类似于RC电路中的电压那样的指数型电流上升。因此，在电感器两端跨接放置RC电路，从而使得时间常数RsenseCsense＝L/RL，其中L是电感器的电感，RL是电感器的内部直流电阻。这在图1中示出。如果RC时间常数是合适的，则电容器两端的电压Vsense与电感器中的瞬时电流(直流和动态
电流两者)成正比。实际的电流值是电容器两端的电压除以电感器的直流电阻，即IL＝Vsense/RL。举例来说，具有1毫欧姆内部电阻的电感器，电容器两端的电压Vsense将是1mV每安培。这是与开关电路和开关电压很接近的非常小的电压。Vsense电压也具有和输出电压Vout相等的共模电压。现在的挑战在于在存在相对大的共模电压、开关噪声源和大电压尖峰的情况下利用电容器两端的电压Vsense和将其充分放大。电感器的一端连接到开关节点而另一端作为DC输出或AC逆变器输出，因此两端都将具有大的电压摆幅。此外为了实现它所面临的更大挑战是要有尽可能小的群延时和非常高的带宽。因为我们提及开关模式电路，所以通过电感器的电流将具有通常是三角形的纹波。因为我们尝试得到所述电流及其纹波的真实表示，所以我们需要的带宽将大大高于开关频率。举例来说，如果开关频率是200KHz，电流波形在200KHz处将是三角形的，并且为了以合理的信号完整性将其放大，我们必须放大至少5倍且很可能是7倍的谐波，高达1.4MHz。假设我们具有内部电阻是1毫欧姆的电感，即1mV/A，并且我们想将它放大到50mV/A，则我们需要50倍的增益。这意味着我们需要的总增益带宽是大约50*1.4MHz＝70MHz。被放大信号的最大转换速率也必须被考虑以选择所需的放大器。这些需求提出了相当大的挑战，因为我们需要用宽带宽来放大存在高噪声情况下的小信号差，这意味着我们不能利用任何传统电路和低通滤波器来降低噪声。此外，要用尽量少的元件来实现它，以降低成本和功率需求。DC电压差信息也必须被保持，并且因此不能选择采用电容器对共模电压解耦。许多种不同的电路配置曾被尝试，但仍存在很多问题，例如噪声太大、放大器太多和群延时太大等等。图2所示的电路被发现表现良好并且能在上述需求中取得良好的平衡。它将RC时间常数电路所需要的电阻和电容合并
到差分放大器电路本身中，这使得它也能提供噪声滤波。这可通过单独观察共模信号响应(AC和DC)和差分信号响应(AC和DC)来理解。因这是差分放大器电路，所以要求是共模电压没有输出变化。因此，两个输入(L+和L-)必须对共模(AC和DC两者)信号做出同样的响应。为了实现这一目的，正输入端上的所有值必须与负输入端上的所有值相等，即正输入端上的(R1,1,R1,2,R2F,Co)必须与负输入端上的对应值(R1,1,R1,2,R2F,Co)相等。假设正输入端上的(R1,1,R1,2,R2F,Co)和负输入端上的对应值(R1,1,R1,2,R2F,Co)相等，则本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无损电感器电流感测和信号放大电路，包括：电阻器，所述电阻器的第一端连接到电感器的第一端；第二电阻器，所述第二电阻器的第一端连接到所述电感器的第二端，所述第二电阻器等值于所述第一电阻器；连接在所述第一电阻器的第二端和所述第二电阻器的第二端之间的电容器；连接在所述第一电阻器的第二端和地之间的第二电容器；等值于所述第二电容器的第三电容器，所述第三电容器连接于所述第二电阻器的第二端和地之间；连接在所述第一电阻器的第二端和放大器的负输入端之间的第三电阻器；等值于所述第三电阻器的第四电阻器，所述第四电阻器连接于所述第二电阻器的第二端和所述放大器的所述正输入端之间；连接在所述放大器的负输入端和所述放大器的输出之间的第五电阻器；等值于所述第五电阻器的第六电阻器，所述第六电阻器连接于所述放大器的所述正输入端和参考电压之间。
【技术特征摘要】
2011.02.11 ZA 2011/011121.一种无损电感器电流感测和信号放大电路，包括：电阻器，所述电阻器的第一端连接到电感器的第一端；第二电阻器，所述第二电阻器的第一端连接到所述电感器的第二端，所述第二电阻器等值于所述第一电阻器；连接在所述第一电阻器的第二端和所述第二电阻器的第二端之间的电容器；连接在所述第一电阻器的第二端和地之间的第二电容器；等值于所述第二电容器的第三电容器，所述第三电容器连接于所述第二电阻器的第二端和地之间；连接在所述第一电阻器的第二端和放大器的负输入端之间的第三电阻器；等值于所述第三电阻器的第四电阻器，所述第四电阻器连接于所述第二电阻器的第二端和所述放大器的所述正输入端之间；连接在所述放大器的负输入端和所述放大器的输出之间的第五电阻器；等值于所述第五电阻器的第六电阻器，所述第六电阻器连接于所述放大器的所述正输入端和参考电压之间。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器以及所述第一电容器、第二电容器和第三电容器的值都经过选择，使得其时间常数与所述电感器的电感和内部电阻的时间常数是相当的。3.一种用于实现具有恒定迟滞的双向迟滞电流模控制的系统，所述系统包括：转换器，用于驱动电感器以增大或减...
【专利技术属性】
技术研发人员：I·D·德弗里斯，
申请(专利权)人：拜伦赛有限公司，
类型：发明
国别省市：南非;ZA
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