一种双路输出DC‑DC变换器系统及其控制方法技术方案

一种双路输出DC‑DC变换器系统及其控制方法，主电路采用正激式DC‑DC变换器，通过ARM处理器智能判断主路和辅路，两路均采用闭环控制方法，同时控制功率开关管的占空比，提高双路输出正激电源在输出负载变化应用环境中的输出电压精度和动态性能，改善交叉调整率。

【技术实现步骤摘要】
一种双路输出DC-DC变换器系统及其控制方法
本专利技术属于电子设计
，具体涉及一种双路输出DC-DC变换器系统及其控制方法。
技术介绍
单路输出变换器具有输出电压稳定、纹波小、负载调整率高、动态响应速度快的特点。然而，实际应用中很多设备需要多路辅助电源，若每路辅助电源采用单独的变换器和高压隔离变压器，势必造成供电系统体积庞大，使得辅助电源设计复杂化，从而降低设备的可靠性。采用多路输出变换器拓扑代替多个单路输出变换器拓扑，可解决因多个独立DC/DC变换器组合产生的干扰，简化电路设计、缩小供电设备体积、降低成本，提高电源可靠性指标。然而，多路输出正激变换器在主路输出负载或辅路输出负载变化时，会引起辅路电压产生较大范围的波动，存在交叉调整问题。因此，设计一种双路输出DC-DC变换器系统及控制方法具有实际应用价值。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种双路输出DC-DC变换器系统及其控制方法，主电路采用正激式DC-DC变换器，通过ARM处理器智能判断主路和辅路，两路均采用闭环控制方法，同时控制功率开关管的占空比，提高双路输出正激电源在输出负载变化应用环境中的输出电压精度和动态性能，改善交叉调整率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种双路输出DC-DC变换器系统，包括主电路双路输出正激式DC-DC变换器、采样电路、控制器、第一路驱动电路和第二路驱动电路，主电路正激式DC-DC变换器双路输出端同时连接采样电路输入端，采样电路输出端连接控制器输入端，控制器输出端一端连接DC-DC变换器第一路驱动电路，另一端连接DC-DC变换器第二路驱动电路，形成闭环反馈系统；控制器、第一路驱动电路、第二路驱动电路分别于主电路双路输出正激式DC-DC变换器相连接；所述的主电路双路输出正激式DC-DC变换器采用正激式拓扑结构，将正激变换器中二次侧串接的整流二极管均替换为功率开关管S1和S2，实现两路输出的同步控制功能；所述的采样电路采样输出电流、电感电流和输出电压，并将采样信息发送到控制器；所述的控制器采用STM32F4处理器，实现对两路输出功率的计算、比较，判断出主路和辅路，并发送信息到第一路驱动电路和第二路驱动电路；所述的第一路驱动电路采用相应的控制策略；所述的第二路驱动电路采用相应的控制策略。一种双路输出DC-DC变换器的控制方法，包括以下步骤：1)采样电路采样双路输出的输出电流io(t)、电感电流iL(t)和输出电压Uo(t)；2)将采样信息送入控制器，根据公式RL＝Uo(t)/io(t)计算出实时负载阻抗值RL1和RL2，再根据公式计算两路对应的输出功率Po1和Po2；3)控制器将Po1和Po2作比较来确定主路和辅路；4)根据判断结果采用相应的控制策略，主路采用主路控制策略，同步控制变压器原边主开关管Q和主路整流二极管S1的导通与关断时间，辅路采用辅路控制策略，同步控制整流二极管S2的导通与关断时间。5)根据不同步控制策略，同步控制双路输出变换器开关管的占空比，使输出电压均稳定。所述的步骤1)中电流检测电路采用霍尔传感器CSM001A，其匝数比为25:1000，可根据电路电流大小i和处理器处理最大电压Vmax，计算出采样电阻R，即满足R<Vmax/(40i)。所述的步骤3)中判断主路和辅路的具体步骤为：①如果Po1≥A*Po2，则第一路输出为主路，第二路输出为辅路；②如果Po1＜A*Po2，则第二路输出为主路，第一路输出为辅路；其中，系数A对控制策略起着关键作用，采用仿真与实验相结合的方法，根据大量实验数据基于插值方法拟合曲线获得A值，并综合考虑精度和实现复杂度，对拟合算法、插值阶数进行优化以实现最优控制。所述的步骤4)中控制策略包含主路控制策略和辅路控制策略两部分，具体为：①主路采用PID控制算法，PID控制器由比例调节器P、积分调节器I、微分调节器D组成，系统主要由PID控制器环节和被控对象两部分组成，根据系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制，PID控制器是基本的控制装置，它具有原理简单、应用方便、适应性强的优点；②辅路采用改进的滞环电流控制策略，对传统滞环电流进行改进，利用电容电荷平衡原理，计算出负载电流变换时暂态滞环电流宽度，得出暂态滞环电流阈值，将实时电感电流值与阈值作比较，控制开关动作，从而稳定输出电压，滞环电流模式控制的转换器是一个双环控制系统，它在传统的电压控制模式的基础上，增加电流反馈环，滞环电流模式控制相对于滞环电压模式控制，具有动态响应快和内在的电流限制能力等优势。本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供双路输出DC-DC变换器系统及控制方法，通过计算并比较正激式变换器双路输出功率值来智能确定主路与辅路，主路采用闭环PID电压控制法实时调整主开关和主路整流管的导通比。同时，辅路采用改进后的滞环电流控制策略，精确调整辅路开关管的占空比，控制开关导通与关断，从而提高多路输出正激变换器在主路或辅路负载变换时主辅路的输出电压精度，使多路输出正激变换器具有较好的动态性能，改善交叉调整问题。附图说明图1为本专利技术的组成结构示意图。图2为本专利技术输出负载不变时的仿真波形图。图3为本专利技术输出负载变化时的仿真波形图。其中，1为主电路正激式DC-DC变换器；2为采样电路；3为控制器；4为变换器第一路驱动电路；5为变换器第二路驱动电路。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步叙述。如图1所示，一种双路输出DC-DC变换器系统，包括主电路双路输出正激式DC-DC变换器1、采样电路2、控制器3、第一路驱动电路4和第二路驱动电路5，主电路正激式DC-DC变换器1双路输出端同时连接采样电路2输入端，采样电路2输出端连接控制器3输入端，控制器3输出端一端连接DC-DC变换器第一路驱动电路4，另一端连接DC-DC变换器第二路驱动电路5，形成闭环反馈系统；控制器3、第一路驱动电路4、第二路驱动电路5分别于主电路双路输出正激式DC-DC变换器1相连接；所述的主电路双路输出正激式DC-DC变换器1采用正激式拓扑结构，将正激变换器中二次侧串接的整流二极管均替换为功率开关管S1和S2，实现两路输出的同步控制功能；所述的采样电路2采样输出电流、电感电流和输出电压，并将采样信息发送到控制器；所述的控制器3采用STM32F4处理器，实现对两路输出功率的计算、比较，判断出主路和辅路，并发送信息到第一路驱动电路和第二路驱动电路；所述的第一路驱动电路4采用相应的控制策略；所述的第二路驱动电路5采用相应的控制策略。一种双路输出DC-DC变换器的控制方法，包括以下步骤：1)采样电路采样双路输出的输出电流io(t)、电感电流iL(t)和输出电压Uo(t)；2)将采样信息送入控制器，根据公式RL＝Uo(t)/io(t)计算出实时负载阻抗值RL1和RL2，再根据公式计算两路对应的输出功率Po1和Po2；3)控制器将Po1和Po2作比较来确定主路和辅路；4)根据判断结果采用相应的控制策略，主路采用主路控制策略，同步控制变压器原边主开关管Q和主路整流二极管S1的导通与关断时间，辅路采用辅路控制策略，同步控制整流二极管S2的导通与关断时间。5)根据不同步控制策略，同步控制双路输出变换器开关管的占空比，使输出电压均稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双路输出DC‑DC变换器系统，包括主电路双路输出正激式DC‑DC变换器(1)、采样电路(2)、控制器(3)、第一路驱动电路(4)和第二路驱动电路(5)，其特征在于，主电路正激式DC‑DC变换器(1)双路输出端同时连接采样电路(2)输入端，采样电路(2)输出端连接控制器(3)输入端，控制器(3)输出端一端连接DC‑DC变换器第一路驱动电路(4)，另一端连接DC‑DC变换器第二路驱动电路(5)，形成闭环反馈系统；控制器(3)、第一路驱动电路(4)、第二路驱动电路(5)分别于主电路双路输出正激式DC‑DC变换器(1)相连接；所述的主电路双路输出正激式DC‑DC变换器(1)采用正激式拓扑结构，将正激变换器中二次侧串接的整流二极管均替换为功率开关管S

【技术特征摘要】
1.一种双路输出DC-DC变换器系统，包括主电路双路输出正激式DC-DC变换器(1)、采样电路(2)、控制器(3)、第一路驱动电路(4)和第二路驱动电路(5)，其特征在于，主电路正激式DC-DC变换器(1)双路输出端同时连接采样电路(2)输入端，采样电路(2)输出端连接控制器(3)输入端，控制器(3)输出端一端连接DC-DC变换器第一路驱动电路(4)，另一端连接DC-DC变换器第二路驱动电路(5)，形成闭环反馈系统；控制器(3)、第一路驱动电路(4)、第二路驱动电路(5)分别于主电路双路输出正激式DC-DC变换器(1)相连接；所述的主电路双路输出正激式DC-DC变换器(1)采用正激式拓扑结构，将正激变换器中二次侧串接的整流二极管均替换为功率开关管S1和S2，实现两路输出的同步控制功能；所述的采样电路(2)采样输出电流、电感电流和输出电压，并将采样信息发送到控制器；所述的控制器(3)采用STM32F4处理器，实现对两路输出功率的计算、比较，判断出主路和辅路，并发送信息到第一路驱动电路和第二路驱动电路；所述的第一路驱动电路(4)采用相应的控制策略；所述的第二路驱动电路(5)采用相应的控制策略。2.一种双路输出DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采样电路采样双路输出的输出电流io(t)、电感电流iL(t)和输出电压Uo(t)；2)将采样信息送入控制器，根据公式RL＝Uo(t)/io(t)计算出实时负载阻抗值RL1和RL2，再根据公式计算两路对应的输出功率Po1和Po2；3)控制器将Po1和Po2作比较来确定主路和辅路；4)根据判断结果采用相应的控制策略，主路采用主路控制策略，同步控制变压器原边主开关管Q和主路整流二极管S1的导通与关断时间，辅路采用辅路控制策略，同步控制整流二极管S2的导通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，黄世奇，徐飞，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61