一种开关电源固定频率的控制电路及控制方法技术

本发明专利技术提供一种开关电源固定频率的控制电路及控制方法，属于开关电源控制领域。本发明专利技术的控制电路包括开关电源模块、采样模块和控制模块，所述开关电源模块包括开关电源、开关管S1、开关管S2、电感L及电阻RL、电阻R，所述电容C，所述采样模块包括输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元，所述控制模块包括谐波补偿器、H∞控制器、RS触发器、时钟信号发生器、比较器和积分放大单元；其中，所述积分放大单元包括PI控制器和第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端与参考电压相连。本发明专利技术的有益效果为：结构简单、设计灵活，不仅具有较高的动态响应能力，同时具有很强的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源控制电路，尤其涉及一种开关电源固定频率的控制电路及控制方法。
技术介绍
传统的开关电源的固定频率V2控制方案具有输出动态响应快，结构简单等特性，十分适用于高动态响应的应用场合。但是传统的开关电源的固定频率V2控制不足之处在于抗干扰能力差，系统输出稳定性容易受到外界干扰及系统参数变化的影响，在干扰较多的应用场合中存在着潜在的稳定性问题。
技术实现思路
为解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种开关电源固定频率的控制电路，还提供了一种基于所述控制电路的控制方法。本专利技术开关电源固定频率的控制电路包括开关电源模块、采样模块和控制模块，所述开关电源模块包括开关电源、开关管S1、电感L及电阻RL，所述采样模块包括输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元，所述控制模块包括谐波补偿器、H∞控制器、RS触发器、时钟信号发生器、比较器和积分放大单元，所述开关管S1的漏极与开关电源相连，所述开关管S1的源极通过电感L与电阻RL的一端相连，所述开关管S1的栅极与RS触发器的Q输出端相连，所述输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元的一端分别并联在所述电阻RL的另一端，所述谐波补偿器的输出电压值与输出电压交流量采样放大单元的输出电压值和运算后与比较器的一个输入端相连，所述输出电压采样单元的另一端通过比较器和积分放大单元与H∞控制器的一端相连，所述H∞控制器另一端与比较器的另一个输入端相连，所述RS触发器的R输入端与比较器的输出端相连，所述RS触发器的S输入端与时钟信号发生器相连。通过在控制回路中加入H∞控制器，实现了高鲁棒性、高动态响应的控制效果。本专利技术作进一步改进，所述开关电源模块还包括开关管S2，所述开关管S2的漏极设置在所述开关管S1和电感L之间，所述开关管S2的源极设置在所述电阻RL的另一端，所述开关管S2的栅极与RS触发器的Q-输出端相连。本专利技术作进一步改进，所述开关电源模块还包括和电阻R，所述电容C、电阻RC串联，并与电阻R并联在电阻RL和开关管S2源极之间。本专利技术作进一步改进，所述积分放大单元包括PI控制器和第一运算放大器，所述PI控制器一端设置在输出电压采样单元和第一运算放大器反相输入端之间，所述PI控制器另一端设置在第一运算放大器输出端和H∞控制器之间，所述第一运算放大器的同相输入端与参考电压相连。本专利技术作进一步改进，所述PI控制器包括第二运算放大器、电阻R13、电阻R14、电容C7，所述第二运算放大器的正相输入端连接电阻R13，所述第二运算放大器的反相输入端接地，所述第二运算放大器的正负电源端分别接电源正负极，所述第二运算放大器的输出端与正相输入端之间设有串联的电阻R14和电容C7。本专利技术作进一步改进，所述谐波补偿器包括电阻R3、电阻R4、电容C3、三极管Q1、三极管Q2、二极管D3和开关管S3，所述三极管Q1的集电极通过电阻R3接电源，所述三极管Q1的基极与三极管Q2的基极相连，所述三极管Q1的发射极通过电阻R4接地，所述三极管Q2的发射极通过电阻R5接地，所述三极管Q2的集电极输出，所述开关管S3的漏极接参考电压，所述开关管S3的源极与二极管D3的正极相连，所述开关管S3的栅极连接时钟信号，所述二极管D3的负极通过电容C3接地。本专利技术作进一步改进，所述H∞控制器包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5、电容C6、第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的正相输入端分别与电阻R12和电容C5相连，所述电阻R11、电容C4、电阻R10串联，所述电阻R12和电阻R11分别与所述比较器和积分放大单元输出端相连，所述电阻R10一端与第三运算放大器的输出端相连，所述电阻R9和电容C5串联，并设置在第三运算放大器正相输入端和输出端之间，所述第四运算放大器正相输入端通过电阻R8和第三运算放大器的输出端相连，所述第三运算放大器和第四运算放大器反相输入端接地，所述电阻R6设置在第四运算放大器正相输入端和输出端之间，所述第四运算放大器输出端与电阻R7一端相连，所述电阻R7另一端分别与整个H∞控制器输出端和电容C6相连，所述电容C6另一端接地，所述第三运算放大器和第四运算放大器的正负电源端分别接电源正负极。本专利技术作进一步改进，所述时钟信号发生器采用时基电路LM555。本专利技术还提供了一种基于上述控制电路的控制方法，包括如下步骤：A1：对待控制开关电源的小信号建模，获取待控制开关电源的占空比到输出电压、输入电压到输出电压及输出阻抗的传递函数；A2：建立开关电源整体模型框图，得到开关电源固定频率控制电路控制下开关电源模块的控制到输出电压、输入电压到输出电压以及输出阻抗的传递函数；A3：利用步骤S1获取的传递函数及步骤S2中获取传递函数建立开关电源固定频率的控制模型；A4：对开关电源固定频率的控制模型进行分析，得出H∞控制器及积分放大单元中的PI控制器的参数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：结构简单、设计灵活，不仅具有较高的动态响应能力，同时具有很强的鲁棒性；该控制方法可应用于系统参数扰动较多，同时系统动态响应能力需求较高的场合，并可满足不同种类拓扑开关电源的设计需求，具有十分重要的意义。附图说明图1为本专利技术控制电路结构框图；图2为时钟信号发生器电路图；图3为谐波补偿器电路图；图4为H∞控制器电路图；图5为PI控制器电路图；图6为谐波补偿信号及输出电压交流量信号波形图；图7为步骤S2中建立的开关电源整体模型框图；图8为步骤S3中H∞控制中增广系统方框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的开关电源固定频率的控制电路包括开关电源模块、采样模块和控制模块，所述开关电源模块包括开关电源、开关管S1、电感L及电阻RL，所述采样模块包括输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元，所述控制模块包括谐波补偿器、H∞控制器、RS触发器、时钟信号发生器、比较器和积分放大单元，所述开关管S1的漏极与开关电源相连，所述开关管S1的源极通过电感L与电阻RL的一端相连，所述开关管S1的栅极与RS触发器的Q输出端相连，所述输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元的一端分别并联在所述电阻RL的另一端，所述谐波补偿器的输出电压值与输出电压交流量采样放大单元的输出电压值和运算后与比较器的一个输入端相连，所述输出电压采样单元的另一端通过比较器和积分放大单元与H∞控制器的一端相连，所述H∞控制器另一端与比较器的另一个输入端相连，所述RS触发器的R输入端与比较器的输出端相连，所述RS触发器的S输入端与时钟信号发生器相连。所述开关电源模块还包括开关管S2，所述开关管S2的漏极设置在所述开关管S1和电感L之间，所述开关管S2的源极设置在所述电阻RL的另一端，所述开关管S2的栅极与RS触发器的Q-输出端相连。此外，所述开关电源模块还包括和电阻R，所述电容C、电阻RC串联，并与电阻R并联在电阻RL和开关管S2源极之间。本例的积分放大单元包括PI控制器和第一运算放大器，所述PI控制器一端设置在输出电压采样单元和第一运算放大器反相输入端之间，所述PI控制器另一端设置在第一运算放大器输出端和H∞控制器之间，所述第一运算放大器的同相输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源固定频率的控制电路，其特征在于：包括开关电源模块、采样模块和控制模块，所述开关电源模块包括开关电源、开关管S1、电感L及电阻RL，所述采样模块包括输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元，所述控制模块包括谐波补偿器、H∞控制器、RS触发器、时钟信号发生器、比较器和积分放大单元，所述开关管S1的漏极与开关电源相连，所述开关管S1的源极通过电感L与电阻RL的一端相连，所述开关管S1的栅极与RS触发器的Q输出端相连，所述输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元的一端分别并联在所述电阻RL的另一端，所述谐波补偿器的输出电压值与输出电压交流量采样放大单元的输出电压值和运算后与比较器的一个输入端相连，所述输出电压采样单元的另一端通过比较器和积分放大单元与H∞控制器的一端相连，所述H∞控制器另一端与比较器的另一个输入端相连，所述RS触发器的R输入端与比较器的输出端相连，所述RS触发器的S输入端与时钟信号发生器相连。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源固定频率的控制电路，其特征在于：包括开关电源模块、采样模块和控制模块，所述开关电源模块包括开关电源、开关管S1、电感L及电阻RL，所述采样模块包括输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元，所述控制模块包括谐波补偿器、H∞控制器、RS触发器、时钟信号发生器、比较器和积分放大单元，所述开关管S1的漏极与开关电源相连，所述开关管S1的源极通过电感L与电阻RL的一端相连，所述开关管S1的栅极与RS触发器的Q输出端相连，所述输出电压采样单元和输出电压交流量采样放大单元的一端分别并联在所述电阻RL的另一端，所述谐波补偿器的输出电压值与输出电压交流量采样放大单元的输出电压值和运算后与比较器的一个输入端相连，所述输出电压采样单元的另一端通过比较器和积分放大单元与H∞控制器的一端相连，所述H∞控制器另一端与比较器的另一个输入端相连，所述RS触发器的R输入端与比较器的输出端相连，所述RS触发器的S输入端与时钟信号发生器相连。2.根据权利要求1所述的开关电源固定频率的控制电路，其特征在于：所述开关电源模块还包括开关管S2，所述开关管S2的漏极设置在所述开关管S1和电感L之间，所述开关管S2的源极设置在所述电阻RL的另一端，所述开关管S2的栅极与RS触发器的Q-输出端相连。3.根据权利要求2所述的开关电源固定频率的控制电路，其特征在于：所述开关电源模块还包括和电阻R，所述电容C、电阻RC串联，并与电阻R并联在电阻RL和开关管S2源极之间。4.根据权利要求1-3任一项所述的开关电源固定频率的控制电路，其特征在于：所述积分放大单元包括PI控制器和第一运算放大器，所述PI控制器一端设置在输出电压采样单元和第一运算放大器反相输入端之间，所述PI控制器另一端设置在第一运算放大器输出端和H∞控制器之间，所述第一运算放大器的同相输入端与参考电压相连。5.根据权利要求4所述的开关电源固定频率的控制电路，其特征在于：所述PI控制器包括第二运算放大器、电阻R13、电阻R14、电容C7，所述第二运算放大器的正相输入端连接电阻R13，所述第二运算放大器的反相输入端接地，所述第二运算放大器的正负电源端分别接电源正负极，所述第二运算放大器的输出端与正相输入端之间设有串联的电阻R14和电容C7。6.根据权利要求4所述的开关电源固定频率的控制电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东来，谷雨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44