一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法技术

一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法，通过采样模块采集原边辅助绕组电压Vsense与本周期的模拟形式的反馈电压Vref相比较，Vref

A Sampling Method for Improving the Output Stability of Flyback Resonance Switching Power Supply

【技术实现步骤摘要】
一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法
本专利技术涉及反激谐振类开关电源，尤其涉及一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法。
技术介绍
PSR反激变换器系统中，采样模块是连接外围拓扑电路和内部控制电路的桥梁，其重要性是不可替代的。采样方法的准确性直接关系到整个反激变换器的恒流恒压精度和系统的稳定性，采样方法的实时性直接关系到整个反激变换器的瞬态特性。在反激式电源中，初级与次级处于隔离状态，如果要检测输出的情况，有原边反馈和副边反馈两种方法。原边反馈的原理是通过精确采样辅助绕组(Naux)的电压变化来检测负载变化的信息。与传统的副边反馈的光耦加431的结构相比，原边反馈最大的优势在于省去了这两个芯片以及与之配合工作的一组元器件，这样就节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性。在原边反馈中，需要通过精确采样辅助绕组(Naux)的电压变化来检测负载变化的信息，但由于副边绕组与辅助绕组中其他元器件的存在，不是全部辅助绕组都能适合检测输出电压，所以我们可以选择检测其中有代表性的点。在原边反馈反激谐振变换器拓扑中，由于输出电压波形不规则，传统的采样算法，例如拐点采集法等均不适用。为了采样测量输出电压的值，必须采用新的采样方法。
技术实现思路
为克服现有技术的局限和不足，本专利技术提出了一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法，基于MHz级原边反馈反激谐振变换器拓扑，在重载条件下可以采样跟随输出电压Vo的变化，输入到控制模块，稳定开关电源的输出。本专利技术中采样精度随负载效率的提高而提高，满载时效果最好。本专利技术可以在所采用的元器件体积较小的同时，实现比较高的测量精度。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法，基于MHz级原边反馈反激谐振变换器拓扑，其特征在于：在满载条件下通过采样模块采集原边辅助绕组电压跟随输出电压Vo的变化情况并输入到控制模块，控制模块产生占空比控制信号duty调节原边开关管的导通时间与关闭时间，以稳定开关电源的输出；原边反馈反激谐振变换器的副边绕组上的电压Vs以Vs:Va＝Ns:Naus的比例反映到原边辅助绕组的电压Va上，Ns、Naus分别为副边绕组和辅助绕组匝数，同时分压电阻R2两端的电压Vsense与原边辅助绕组上的电压Va的比例关系为Vsense:Va＝R2:(R1+R2)，R1、R2为原边辅助绕组上的分压电阻，采样模块通过分压电阻R2采集辅助绕组的电压波形Vsense，由于Vsense是模拟形式的电压，并且表现出呈近似正弦的纹波，而现在通用的控制模块处理的是数字信号，因此我们需要一个恒定大小的反馈电压，在最大程度上反映Vsense的大小，Vref和VREF分别是反馈电压的模拟形式与数字形式，err为每一周期的误差信号，是一个数字量，VREF经过数模变换器转化为Vref，根据需要使用不同的形式，为了使反馈电压的值更接近Vsense，根据Vsense正弦波动的特点，采集Vsense纹波中点时的点的电压作为模拟形式的反馈电压Vref的初始值，模拟量的反馈电压Vref与原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense直接相比较，而且模拟量的反馈电压Vref经过数模变换得到数字量的反馈电压VREF，再对数字量的反馈电压VREF在计算模块做加减处理，得到在最大程度上反映Vsense的大小的反馈电压，因此，通过计算模块的处理得到控制模块所需要的数字量反馈电压VREF和数字量的误差信号err，从而推算出输出电压大小Vo和原边开关管的占空比控制信号duty。所述采样模块包括一个比较器、一个DAC和一个计算模块，计算模块由代码编写，可实现计数器和加法器的作用。将原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense与上一周期得到的模拟形式的反馈电压Vref的大小通过比较器相比较，比较结果输出给计算模块，由于原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense表现出呈近似正弦的纹波，而每一周期得到的模拟形式的反馈电压Vref均为一固定值，每一周期根据它们相等的点可以分为两部分，一部分是相等之后随即会出现Vref持续小于Vsense直至相等，另一部分相等之后随即会出现Vref持续大于Vsense直至相等，计算模块中利用计数器分别采集在这一周期内原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense与上一周期得到的模拟形式的反馈电压Vref这两电压相等之后，Vref<Vsense的时间T1,Vref>Vsense的时间T2，即T1的大小为计数器采集的Vref<Vsense.的这段时间的时钟周期，T2的大小为计数器采集的Vref>Vsense.的这段时间的时钟周期，两者的时间差Tr＝T1-T2，Tr的大小为T1与T2相差的时钟周期。根据Tr的大小，计算当前周期的数字量的误差信号err，调节数字量反馈电压VREF的大小，此时得到的数字量VREF输入到数模转换器，得到模拟量Vref后，再与辅助绕组的电压信号Vsense相比较，形成闭环负反馈调节反馈电压Vref的值。所述采样模块的采样过程如下：Vref与辅助绕组的电压信号Vsense相比较，存在以下三种状态：Vref<Vsense，Vref＝Vsense，Vref>Vsense.，Vref<Vsense的时间T1,T1的大小为计数器采集的Vref<Vsense.的这段时间的时钟周期，Vref>Vsense的时间T2，T2的大小为计数器采集的Vref>Vsense.的这段时间的时钟周期。两者的时间差Tr＝T1-T2，Tr的大小为T1与T2相差的时钟周期。可以根据Tr的大小，判断误差信号err的大小，它们的调节关系如下；Tr<-6时，err＝-3；-6<＝Tr<＝-4时，err＝-2；-3<＝Tr<＝-1时，err＝-1；Tr＝0时，err＝0；1<＝Tr<＝3时，err＝1；4<＝Tr<＝6时，err＝2；Tr>6时，err＝3根据误差信号err的值，在这一周期数字量反馈电压VREF的基础上，调整下一周期数字量反馈电压VREF的大小，下一周期VREF等于本周期VREF加上误差信号err，即在下一周期VREF＝VREF+err。本专利技术的优点及显著效果：1、能够采样处理原边反馈反激谐振变换器不规则的波形；2、能够实时跟随电压的变化作出调整，所使用的元器件成本低廉，占用空间较小，可以保证器件的规模化。3、得到的反馈电压有数字和模拟两种形式，可以根据实际情况选择调用不同模式的电压。附图说明图1是适用本专利技术的原边反馈反激谐振变换器的拓扑模型；图2是该变换器在重载条件下稳定工作在电流连续工作模式时，副边绕组续流二极管上的电流波形；图3是原边辅助绕组分压电阻R2两端的电压Vsense波形；图4是本专利技术中采样模块流程图；图5是本专利技术中采样模块的调节过程。具体实施方式参看图1，本专利技术中所应用的拓扑结构为MHz级原边反馈反激谐振变换器拓扑。本专利技术是一种提高开关电源输出稳定性的采样算法，其特征在于：基于MHz级原边反馈反激谐振变换器拓扑，在重载条件下采样跟随Vo的变化，输入到控制模块，稳定开关电源的输出。原边反馈反激谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法，基于MHz级原边反馈反激谐振变换器拓扑，其特征在于：在满载条件下通过采样模块采集原边辅助绕组电压跟随输出电压Vo的变化情况并输入到控制模块，控制模块产生占空比控制信号duty调节原边开关管的导通时间与关闭时间，以稳定开关电源的输出；原边反馈反激谐振变换器的副边绕组上的电压Vs以Vs:Va＝Ns:Naus的比例反映到原边辅助绕组的电压Va上，Ns、Naus分别为副边绕组和辅助绕组匝数，同时分压电阻R2两端的电压Vsense与原边辅助绕组上的电压Va的比例关系为Vsense:Va＝R2:(R1+R2)，R1、R2为原边辅助绕组上的分压电阻，采样模块通过分压电阻R2采集辅助绕组的电压波形Vsense，由于Vsense是模拟形式的电压，并且表现出呈近似正弦的纹波，而现在通用的控制模块处理的是数字信号，因此我们需要一个恒定大小的反馈电压，在最大程度上反映Vsense的大小，Vref和VREF分别是反馈电压的模拟形式与数字形式，err为每一周期的误差信号，是一个数字量，VREF经过数模变换器转化为Vref，根据需要使用不同的形式，为了使反馈电压的值更接近Vsense，根据Vsense正弦波动的特点，采集Vsense纹波中点时的点的电压作为模拟形式的反馈电压Vref的初始值，模拟量的反馈电压Vref与原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense直接相比较，而且模拟量的反馈电压Vref经过数模变换得到数字量的反馈电压VREF，再对数字量的反馈电压VREF在计算模块做加减处理，得到在最大程度上反映Vsense的大小的反馈电压，通过计算模块的处理得到控制模块所需要的数字量反馈电压VREF和数字量的误差信号err，从而推算出输出电压大小Vo和原边开关管的占空比控制信号duty。...

【技术特征摘要】
1.一种提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法，基于MHz级原边反馈反激谐振变换器拓扑，其特征在于：在满载条件下通过采样模块采集原边辅助绕组电压跟随输出电压Vo的变化情况并输入到控制模块，控制模块产生占空比控制信号duty调节原边开关管的导通时间与关闭时间，以稳定开关电源的输出；原边反馈反激谐振变换器的副边绕组上的电压Vs以Vs:Va＝Ns:Naus的比例反映到原边辅助绕组的电压Va上，Ns、Naus分别为副边绕组和辅助绕组匝数，同时分压电阻R2两端的电压Vsense与原边辅助绕组上的电压Va的比例关系为Vsense:Va＝R2:(R1+R2)，R1、R2为原边辅助绕组上的分压电阻，采样模块通过分压电阻R2采集辅助绕组的电压波形Vsense，由于Vsense是模拟形式的电压，并且表现出呈近似正弦的纹波，而现在通用的控制模块处理的是数字信号，因此我们需要一个恒定大小的反馈电压，在最大程度上反映Vsense的大小，Vref和VREF分别是反馈电压的模拟形式与数字形式，err为每一周期的误差信号，是一个数字量，VREF经过数模变换器转化为Vref，根据需要使用不同的形式，为了使反馈电压的值更接近Vsense，根据Vsense正弦波动的特点，采集Vsense纹波中点时的点的电压作为模拟形式的反馈电压Vref的初始值，模拟量的反馈电压Vref与原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense直接相比较，而且模拟量的反馈电压Vref经过数模变换得到数字量的反馈电压VREF，再对数字量的反馈电压VREF在计算模块做加减处理，得到在最大程度上反映Vsense的大小的反馈电压，通过计算模块的处理得到控制模块所需要的数字量反馈电压VREF和数字量的误差信号err，从而推算出输出电压大小Vo和原边开关管的占空比控制信号duty。2.根据权利要求1所述的提高反激谐振类开关电源输出稳定性的采样方法，其特征在于：采样模块包括一个比较器、一个DAC和一个计算模块，计算模块由代码编写，可实现计数器和加法器的作用。将原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense与上一周期得到的模拟形式的反馈电压Vref的大小通过比较器相比较，比较结果输出给计算模块，由于原边辅助绕组分压电阻R2的电压信号Vsense表现出呈近似正弦的纹波，而每一周期得到的模拟形式的反馈电压Vre...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，赵思宇，王浩，何波涌，苏巍，徐申，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32