开关变换器定频V制造技术

本发明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，具体为开关变换器定频V2C动态续流控制方法及其控制装置，结合输出电压和电感电流信息，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，补偿输出电容等效串联电阻较小的情况；通过电感电流和负载电流对续流开关管进行动态续流控制，在轻载时，使单电感双输出开关变换器工作于BCM‑DCM，重载时工作于CCM‑PCCM，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，具体为一种混合导电模式单电感双输出开关变换器定频V2C动态续流控制方法及其控制装置。
技术介绍
在计算机和电子设备中，通常需要多个等级的供电电压同时供电，因此，随着便携式设备的大规模普及，研究具有多路输出能力的开关变换器非常必要。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，可实现对输出支路独立调节的优点，为需要多路输出电源的现代电子设备和移动终端等产品提供了理想的解决方案，具有广泛的应用前景。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。传统的电压型控制具有实现简单、抗干扰能力强等优点，但受误差放大器的影响，输入和负载瞬态响应较慢。在电流型控制中，峰值电流控制具有比电压型控制更快的输入瞬态响应速度，易于实现变换器的过流保护，但不能精确控制平均电流，负载瞬态响应速度没有得到改善。其它类型的电流控制，如平均电流控制和谷值电流控制，分别提高了电流的控制精度和输入瞬态性能，但依然没有提高负载瞬态性能。V2(voltage-voltage,V2)控制是一种“电压型”+“电压型”组合的电压双环控制，其外环与峰值电流控制相同，内环含有输出电压纹波的信息；该控制方法对负载变化具有快速的瞬态响应速度，但是当输出电容的等效串联电阻较小时，变换器无法稳定工作。为提高其抗干扰能力，可采用V2C(voltage-voltage-current，V2C)控制，此控制方法对负载突变和输入突变都具有快速的响应速度。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
针对上述技术问题，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：开关变换器定频V2C动态续流控制方法为：主开关管采用输出电压结合电感电流的V2C控制，续流开关管采用动态续流控制；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、输出电流，得到信号Voa和Vob、Ioa和Iob；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、Voa、Vob、Ve1和Ve2送入第一脉冲信号产生器PGR1生成信号RR1；将IL、Ioa和Iob送入第二脉冲信号产生器PGS产生信号Idc和信号SS；将IL和Idc送入第三脉冲信号产生器PGR2产生信号RR2；将时钟信号CLK经过第一或门OR1得到的信号和信号RR1送入第一触发器RS1产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；时钟信号CLK和信号RR2经过第二触发器RS2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；信号SS和信号Vp1经过第三触发器RS3产生脉冲信号Vp2，用以控制续流开关管的导通和关断。该方法的控制装置为，开关变换器定频V2C动态续流控制装置，包括包括第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2，第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3，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PGR1、第二脉冲信号产生器PGS、第三脉冲信号产生器PGR2、第一触发器RS1、第二触发器RS2、第三触发器RS3、第一或门OR1、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；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、第一电流检测电路IS1、第二触发器RS2的Q1端和Q端分别与第一脉冲信号产生器PGR1相连；第一脉冲信号产生器PGR1的输出端与第一触发器RS1的R端相连；时钟信号CLK、第二触发器RS2的Q1端连接第一或门OR1，第一或门OR1连接第一触发器RS1的S端；所述的第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3分别与第二脉冲信号产生器PGS相连；第二脉冲信号产生器PGS的SS输出端连接第三触发器RS3的S端，第一触发器RS1的Q端连接第三触发器RS3的R端；第一电流检测电路IS1、第二脉冲信号产生器PGS的Idc输出端、第二触发器RS2的Q端分别与第三脉冲信号产生器PGR2相连；时钟信号CLK与第二触发器RS2的S端相连，第三脉冲信号产生器PGR2的输出端与第二触发器RS2的R端相连；第一触发器RS1的Q端连接第一驱动电路DR1，第二触发器RS2的Q端连接第二驱动电路DR2，第二触发器RS2的Q1端连接第三驱动电路DR3，第三触发器RS3的Q端连接第四驱动电路DR4。所述的第一脉冲信号产生器PGR1，包括第一加法器ADD1、第二加法器ADD2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第一与门AND1、第二与门AND2，以及第二或门OR2；第一电压检测电路VS1的输出端、第一电流检测电路IS1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、第一电流检测电路IS1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本文档来自技高网...

【技术保护点】
开关变换器定频V2C动态续流控制方法，其特征在于：主开关管采用输出电压结合电感电流的V2C控制，续流开关管采用动态续流控制；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、输出电流，得到信号Voa和Vob、Ioa和Iob；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、Voa、Vob、Ve1和Ve2送入第一脉冲信号产生器PGR1生成信号RR1；将IL、Ioa和Iob送入第二脉冲信号产生器PGS产生信号Idc和信号SS；将IL和Idc送入第三脉冲信号产生器PGR2产生信号RR2；将时钟信号CLK经过第一或门OR1得到的信号和信号RR1送入第一触发器RS1产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；时钟信号CLK和信号RR2经过第二触发器RS2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；信号SS和信号Vp1经过第三触发器RS3产生脉冲信号Vp2，用以控制续流开关管的导通和关断。

【技术特征摘要】
1.开关变换器定频V2C动态续流控制方法，其特征在于：主开关管采用输出电压结合电感电流的V2C控制，续流开关管采用动态续流控制；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、输出电流，得到信号Voa和Vob、Ioa和Iob；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、Voa、Vob、Ve1和Ve2送入第一脉冲信号产生器PGR1生成信号RR1；将IL、Ioa和Iob送入第二脉冲信号产生器PGS产生信号Idc和信号SS；将IL和Idc送入第三脉冲信号产生器PGR2产生信号RR2；将时钟信号CLK经过第一或门OR1得到的信号和信号RR1送入第一触发器RS1产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；时钟信号CLK和信号RR2经过第二触发器RS2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；信号SS和信号Vp1经过第三触发器RS3产生脉冲信号Vp2，用以控制续流开关管的导通和关断。2.根据权利要求1所述的开关变换器定频V2C动态续流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，第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3，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PGR1、第二脉冲信号产生器PGS、第三脉冲信号产生器PGR2、第一触发器RS1、第二触发器RS2、第三触发器RS3、第一或门OR1、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；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、第一电流检测电路IS1、第二触发器RS2的Q1端和Q端分别与第一脉冲信号产生器PGR1相连；第一脉冲信号产生器PGR1的输出端与第一触发器RS1的R端相连；时钟信号CLK、第二触发器RS2的Q1端连接第一或门OR1，第一或门OR1连接第一触发器RS1的S端；所述的第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3分别与第二脉冲信号产生器PGS相连；第二脉冲信号产生器PGS的SS输出端连接第三触发器RS3的S端，第一触发器RS1的Q端连接第三触发器RS3的R端；第一电流检测电路IS1、第二脉冲信号产生器PGS的Idc输出端、第二触发器RS2的Q端分别与第三脉冲信号产生器PGR2相连；时钟信号CLK与第二触发器RS2的S端相连，第三脉冲信号产生器PGR2的输出端与第二触发器RS2的R端相连；第一触发器R...

【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