单电感双输出开关变换器变频控制方法及其控制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变频控制方法及其控制装置，结合输出电压和电感电流信息，采用变频方法对开关变换器主开关管进行控制，电感电流信息用作斜坡补偿，保证输出电容等效串联电阻较小时能够稳定工作；通过在每个开关周期内，固定主开关管的关断时间来间接控制续流开关管的导通和关断，实现电感电流的动态续流，从而实现各个输出支路的独立调节。采用本发明专利技术的混合导电模式单电感双输出开关变换器具有稳定性好，输出支路间的交叉影响小，输入、负载瞬态响应速度快，效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多路输出开关变换器的控制方法及其装置，属于电力电子设备领域，具体为单电感双输出开关变换器变频控制方法及其控制装置。
技术介绍
便携式电子产品的发展对多电压输出开关电源提出了越来越高的要求，使多路输出的开关变换器成为了人们关注的热点。传统的多路输出开关变换器磁性元件多，体积大，而单电感多输出开关变换器具有系统体积小、成本低，并且可实现对输出支路独立调节的优点，广泛应用于平板电脑，便携式信息设备，LED驱动等领域。与单输出开关变换器类似，选择不同的电路参数，单电感双输出开关变换器可工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)、临界导电模式(boundary conduction mode,BCM)、断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)和伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode,PCCM)。单电感双输出开关变换器在四种工作模式时各有优缺点，其中，CCM-CCM单电感双输出开关变换器具有带载能力强，输出电压纹波小的优点，但不同输出支路间存在交叉影响；DCM-DCM单电感双输出开关变换器能够避免输出支路间的交叉影响，但在大功率场合下具有较大的电流纹波和EMI噪声，仅适用于小功率场合，负载范围较窄；PCCM-PCCM单电感双输出开关变换器的输出支路间基本不存在交叉影响，且能够通过增大续流参考值从而提高变换器带载能力，但由于续流开关管的加入，降低了变换器的效率。上述单电感双输出开关变换器的所有输出支路工作于同一种导电模式，然而，当输出支路负载相差很大时，负载较轻的输出支路存在纹波大、效率低的特点；并且单电感双输出开关变换器各输出支路的要求可能不同。因此，不同输出支路可以根据需要选择相应的工作模式，即采用混合导电模式，提高单电感双输出开关变换器的整体性能。开关变换器的控制技术极大地影响着开关电源的性能，按照占空比的实现方式，可将其分为恒频控制和变频控制两大类。恒频控制即开关周期恒定不变，通过调整一个开关周期内功率器件的导通时间来调节输出电压；变频控制通过改变开关频率来调节输出电压，如恒定导通时间控制、恒定关断时间控制和滞环控制。与恒频控制相比，变频控制具有瞬态性能好，轻载效率高的优点。另一方面，续流开关管的控制对PCCM开关变换器的特性也有很大影响。传统PCCM开关变换器的续流控制采用恒定参考电流控制(constant-reference-current,CRC)方式，该控制方式在轻载条件下的变换器效率较低。为了提高变换器的效率，可在不同负载情况下调整续流电流值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合导电模式单电感双输出开关变换器的控制方法，使之克服现有单电感双输出开关变换器的技术缺点，同时具有良好的稳定性和瞬态性能、较小的交叉影响和较高的变换器效率，且能够适用于多种拓扑结构的单电感双输出开关变换器。本专利技术采用的技术方案是：单电感双输出开关变换器变频控制方法，主开关管采用输出电压结合电感电流的变频控制，通过在每个开关周期内固定主开关管的关断时间实现电感电流的动态续流；在每个开关周期内，检测电感电流，得到信号IL，检测两条输出支路的输出电压得到信号Voa和Vob；将Voa和电压基准值Vref1送入到第一误差放大器EA1产生信号Ve1，将Vob和电压基准值Vref2送入到第二误差放大器EA2产生信号Ve2；将IL送入第一脉冲信号产生器PGS产生信号SS；将IL、Voa、Vob、Ve1和Ve2送入第二脉冲信号产生器PGR生成信号RR和Vb；将第一导通定时器TON1的输出信号Vton1和信号SS送入第一触发器RS1产生脉冲信号Vpa和Vpb，用以控制变换器支路开关管的导通和关断；将信号Vton1和信号Vpb经第一或门OR1产生的信号和信号RR送入第二触发器RS2产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；信号Vb和信号Vpa经过第二或门OR2产生信号Vor；信号Vor经第二导通定时器TON2产生信号Vton2；信号Vton2和信号Vp1经非门NOT产生的信号经过与门AND产生脉冲信号Vp2，用以变换器控制续流开关管的导通和关断。该单电感双输出开关变换器变频控制方法的控制装置，包括第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、电流检测电路IS、第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一脉冲信号产生器PGS、第二脉冲信号产生器PGR、第一触发器RS1、第二触发器RS2、第一或门OR1、第二或门OR2、第一导通定时器TON1、第二导通定时器TON2、非门NOT、与门AND、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3和第四驱动电路DR4；所述的第一电压检测电路VS1与第一误差放大器EA1相连，第二电压检测电路VS2与第二误差放大器EA2相连；电流检测电路IS及第一触发器的Q1端分别与第一脉冲信号产生器PGS相连；第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、电流检测电路IS、第一触发器RS1的Q1端和Q端分别与第二脉冲信号产生器PGR相连；第一脉冲信号产生器PGS的SS端与第一触发器RS1的S端相连；第一触发器RS1的Q1端与第一导通定时器TON1相连；第一导通定时器TON1的输出端与第一触发器RS1的R端相连；第一导通定时器TON1的输出端、第一触发器RS1的Q端分别与第一或门OR1相连，第一或门OR1的输出端与第二触发器RS2的S端相连；第二脉冲信号产生器PGR的RR端与第二触发器RS2的R端相连；第二脉冲信号产生器PGR的Vb输出端及第一触发器RS1的Q1端分别与第二或门OR2相连；第二或门OR2的输出端与第二导通定时器TON2相连；第二触发器RS2的Q端和非门NOT相连；非门NOT及第二或门OR2的输出端分别和与门AND相连；第一触发器RS1的Q端连接第一驱动电路DR1，第一触发器RS1的Q1端连接第二驱动电路DR2，第二触发器RS2的Q端连接第三驱动电路DR3，与门AND的输出端连接第四驱动电路DR4。所述的第一脉冲信号产生器PGS包括乘法器MULT、采样保持器S/H和第一比较器CMP1；将电流检测电路IS、第一触发器RS1的Q1端与乘法器MULT相连；电流检测电路IS与采样保持器S/H相连；乘法器MULT及采样保持器S/H的输出端分别与第一比较器CMP1相连。所述的第二脉冲信号产生器PGR包括第一加法器ADD1、第二加法器ADD2，第二比较器CMP2、第三比较器CMP3、第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第三与非门NAND3；第一电压检测电路VS1的输出端、电流检测电路IS的输出端分别与第一加法器ADD1连接，将第一电压检测电路VS1的输出信号Voa、电流检测电路IS的输出信号IL乘以系数k1后送入第一加法器ADD1；第二电压检测电路VS2的输出端与第二加法器ADD2连接，将第二电压检测电路VS2的输出信号Vob、信号IL乘以系数k2后送入第二加法器ADD2；第一误差放大器EA1、第一加法器ADD1的输出端与第二比较器CMP2相连，第二误差放大器EA2、第二加法器AD本文档来自技高网...

【技术保护点】
单电感双输出开关变换器变频控制方法，其特征在于：主开关管采用输出电压结合电感电流的变频控制，通过在每个开关周期内固定主开关管的关断时间实现电感电流的动态续流；在每个开关周期内，检测电感电流，得到信号IL，检测两条输出支路的输出电压得到信号Voa和Vob；将Voa和电压基准值Vref1送入到第一误差放大器EA1产生信号Ve1，将Vob和电压基准值Vref2送入到第二误差放大器EA2产生信号Ve2；将IL送入第一脉冲信号产生器PGS产生信号SS；将IL、Voa、Vob、Ve1和Ve2送入第二脉冲信号产生器PGR生成信号RR和Vb；将第一导通定时器TON1的输出信号Vton1和信号SS送入第一触发器RS1产生脉冲信号Vpa和Vpb，用以控制变换器支路开关管的导通和关断；将信号Vton1和信号Vpb经第一或门OR1产生的信号和信号RR送入第二触发器RS2产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；信号Vb和信号Vpa经过第二或门OR2产生信号Vor；信号Vor经第二导通定时器TON2产生信号Vton2；信号Vton2和信号Vp1经非门NOT产生的信号经过与门AND产生脉冲信号Vp2，用以变换器控制续流开关管的导通和关断。...

【技术特征摘要】
1.单电感双输出开关变换器变频控制方法，其特征在于：主开关管采用输出电压结合电感电流的变频控制，通过在每个开关周期内固定主开关管的关断时间实现电感电流的动态续流；在每个开关周期内，检测电感电流，得到信号IL，检测两条输出支路的输出电压得到信号Voa和Vob；将Voa和电压基准值Vref1送入到第一误差放大器EA1产生信号Ve1，将Vob和电压基准值Vref2送入到第二误差放大器EA2产生信号Ve2；将IL送入第一脉冲信号产生器PGS产生信号SS；将IL、Voa、Vob、Ve1和Ve2送入第二脉冲信号产生器PGR生成信号RR和Vb；将第一导通定时器TON1的输出信号Vton1和信号SS送入第一触发器RS1产生脉冲信号Vpa和Vpb，用以控制变换器支路开关管的导通和关断；将信号Vton1和信号Vpb经第一或门OR1产生的信号和信号RR送入第二触发器RS2产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；信号Vb和信号Vpa经过第二或门OR2产生信号Vor；信号Vor经第二导通定时器TON2产生信号Vton2；信号Vton2和信号Vp1经非门NOT产生的信号经过与门AND产生脉冲信号Vp2，用以变换器控制续流开关管的导通和关断。2.根据权利要求1所述的单电感双输出开关变换器变频控制方法的控制装置，其特征在于：包括第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、电流检测电路IS、第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一脉冲信号产生器PGS、第二脉冲信号产生器PGR、第一触发器RS1、第二触发器RS2、第一或门OR1、第二或门OR2、第一导通定时器TON1、第二导通定时器TON2、非门NOT、与门AND、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3和第四驱动电路DR4；所述的第一电压检测电路VS1与第一误差放大器EA1相连，第二电压检测电路VS2与第二误差放大器EA2相连；电流检测电路IS及第一触发器的Q1端分别与第一脉冲信号产生器PGS相连；第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、电流检测电路IS、第一触发器RS1的Q1端和Q端分别与第二脉冲信号产生器PGR相连；第一脉冲信号产生器PGS的SS端与第一触发器RS1的S端相连；第一触发器RS1的Q1端与第一导通定时器TON1相连；第一导通定时器T...

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