一种原边反馈恒流控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种原边反馈恒流控制系统，包括输出反馈模块、电流检测、驱动模块、电流计算模块、误差计算模块、PID模块以及PWM模块，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环；电流检测模块和输出反馈模块主要采集实现恒流算法的一些基本参数，电流计算模块在开关导通阶段计算原边电感的电流以及变压器的励磁电感电流，根据输出二极管电流正比于变压器励磁电感电流与原边电流的差值，通过对输出二极管电流在时间上积分求平均值可以得到输出电流的大小，该输出值在数字PID模块中执行补偿算法，补偿值输出给PWM控制模块，并经驱动模块输出合适的占空比，从而有效控制数字电源的高精度恒流。的高精度恒流。的高精度恒流。

【技术实现步骤摘要】
一种原边反馈恒流控制系统


[0001]本专利技术涉及隔离型变换器
，尤其涉及一种原边反馈恒流控制系统。

技术介绍

[0002]隔离型交流—直流(Alternating Current to Direct Current，简称AC-DC)变换器能实现输入与输出的电气隔离，具有安全隔离及可靠性高的特点，广泛应用于手机、LED电源、笔记本电脑等小功率应用场合。隔离型有源钳位AC-DC变换器通过改进钳位电路的设计方法，在回收变压器漏感能量的同时，实现了开关管的软开关，可以极大地减小变换器的开关损耗，提升变换器的开关频率，实现变换器功率提升与小型化的目标。
[0003]有源钳位AC-DC变换器采用光耦反馈电路将输出电压、电流信号传递到原边控制电路，以实现原边开关管控制。然而光耦器件存在非线性、老化及温漂效应，因此变换器的工作温度区间较窄，其输出精度与稳定性不高，而原边反馈(PSR)省去了采样光耦、减少了电路组件数目、降低了电路复杂程度，所以现在大多数反激变换器都采用PSR控制。为了提高原边反馈反激式开关电源的功率应用范围，必然要求开关电源有一个更高的功率输出。CCM主要应用于大功率负载情况，而DCM主要应用于小功率负载情况，并且相对而言其控制环路比较稳定，要实现CCM模式下的高精度电流稳定性，便是当务之急，也是难点所在。
[0004]为了实现输出电流的稳定性，已有采用的方式是，通过功率计算的方式，即Pout/Vo＝Io的方式实现恒流输出，这里Pout是副边的输出功率，Vo是副边的输出电压，Io是副边的输出电流。实际采用这一策略的过程中，由于副边的输出功率Pout未知，用原边输入功率Pin代替副边的输出功率Pout，但是Pin的计算往往过于复杂，此外要得到副边的输出功率Pout需要额外构建采样电路，传统恒流算法在在恒流的实现上代价过大，由于恒流效果与效率相关，效率受输入电压与负载大小的影响较大，而电流的稳定性却难以实现高精度。
[0005]由于原边反馈无法直接采样输出电流，因此可以基于原边电流预测的开环控制方式实现恒定输出电流控制，为了提高输出电流的精度，需要补偿控制延迟以及相关非线性等引入的电流计算误差，但是由于原边恒流控制方法是基于线性的输出二极管电流计算来实现，对于有源钳位这样的显著非线性变换器是无法直接应用的。
[0006]鉴于上述技术难点的存在，需要建立更高效的计算模型，从而实现更高精度的恒流特性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提出一种原边反馈恒流控制系统，该系统不仅适用于DCM模式，而且可以应用到CCM模式下，在提高恒流精度的同时，可以提高电路的功率应用范围。
[0008]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种原边反馈恒流控制系统，包括输出反馈模块、电流检测、驱动模块、电流计算模块、误差计算模块、PID模块以及PWM模块，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环；
[0009]输出反馈模块用于采集恒流算法所需的基本参数和计算次级电感电流的占空比；
输出反馈模块的输入信号包括辅助绕组反馈电压VFB、驱动模块输出主管开关控制信号duty和驱动模块输出辅助管开关控制信号duty_a，输出信号包括去磁时间信号Tr值、模式识别信号flag、主管导通时间Ton和辅助管单个周期内的导通时间Ton_a，输出反馈模块包括一个比较器COMP1和一个时间计算模块，比较器COMP1的正端与辅助绕组反馈电压VFB相连，比较器COMP1的负端接地，用于过零比较，比较器COMP1的输出为Scomp1，用于模式识别信号flag的判断，通过计算Tr值来判断工作模式为DCM模式或CCM模式；
[0010]电流检测模块的输入是原边采样电阻上的电压Vp和PWM模块输出的峰值电压数字量Vpp_dig，输出信号是主管导通阶段的原边电流平均值数字量Ipav_dig，输出信号输入到电流计算模块；
[0011]电流计算模块的输入信号是输出反馈模块提供的去磁时间Tr、辅助管导通时间Ton_a、模式识别信号flag以及电流检测模块提供的Ipav_dig；该模块通过状态检测去判断是采用DCM还是CCM计算模型，通过电荷守恒的方式，计算输出电流的模拟量Io，将模拟量转化为数字量Io_dig作为误差计算模块的输入；所述电流计算模块输出电流Io计算式为：
[0012]DCM模式下的输出电流Io表达式为：
[0013][0014]其中，在开关周期Ts内，iD
r
(t)代表输出二极管电流与时间的函数，i
Lm
(t)代表励磁电流与时间的函数，i
p
(t)代表原边电流与时间的函数，Np是变压器的原边匝数，Ns是变压器的副边匝数，Q1是i
Lm
(t)与i
p
(t)的差在t1时刻至励磁电流i
Lm
(t)降为零时刻的积分值然后减去流入钳位电容的电量的差值，Q3是指i
Lm
(t)与i
p
(t)的差在时间上的积分值减去Q1的那部分电量；
[0015]CCM模式下的输出电流Io表达式为:
[0016][0017]其中，在开关周期Ts内，Q1是i
Lm
(t)与i
p
(t)的差值在t1时刻至t3时刻的积分值然后再减去流入钳位电容的电量的差值，t1是主管导通结束时刻，t3是辅助管第一次导通结束时刻；Q2是指i
Lm
(t)与i
p
(t)的差值在t3时刻至t4时刻的积分值，Q3是指流入钳位电容的电量；
[0018]误差计算模块的输入是电流计算模块输出的电流数字量Io_dig和参考电流常量，参考电流常量是根据系统设计指标给定的精确数字常量Iref，给定的参考电流常量减去输入的电流数字量Io_dig，两者差值即为采样误差，记为e1，输入到PID模块；
[0019]PWM模块的输入为PID模块的补偿结果Vpi，通过PID模块补偿结果Vpi计算得到正常控制时开关周期与占空比的信息，得到周期与占空比信息后，PWM模块输出下一个开关周期Ts值和原边峰值电流Ipeak值给驱动模块，峰值电压数字量Vpp_dig给电流检测模块；
[0020]驱动模块的输入为PWM模块输出的信号Ts和Ipeak、原边采样电阻上电压Vp以及反馈模块输出的主管导通时间Ton和辅助管导通时间Ton_a，Ipeak值限定了原边采样电阻上的最大电流，即峰值电流，该电流正比于开关管的导通时间，所以Ipeak也就限定了开关管的导通时间，所述模块驱动方式为：当主管导通的时候，duyt＝1，当Vp超过给定的参考值时，duty＝0，经过一个死区时间td1，辅助管导通，此时duty_a＝1，经过Ton_a的时间，辅助
管关闭，duty_a＝0，再经过T3时间，辅助管再次导通，duty_a＝1，导通时间也为Ton_a，再经过一个死区时间td2，本次开关周期结束，主管再次导通，开始新的一个开关周期，其中T3大于等于0，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原边反馈恒流控制系统，其特征在于：包括输出反馈模块、电流检测、驱动模块、电流计算模块、误差计算模块、PID模块以及PWM模块，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环；输出反馈模块用于采集恒流算法所需的基本参数和计算次级电感电流的占空比；输出反馈模块的输入信号包括辅助绕组反馈电压VFB、驱动模块输出主管开关控制信号duty和驱动模块输出辅助管开关控制信号duty_a，输出信号包括去磁时间信号Tr值、模式识别信号flag、主管导通时间Ton和辅助管单个周期内的导通时间Ton_a，输出反馈模块包括一个比较器COMP1和一个时间计算模块，比较器COMP1的正端与辅助绕组反馈电压VFB相连，比较器COMP1的负端接地，用于过零比较，比较器COMP1的输出为Scomp1，用于模式识别信号flag的判断，通过计算Tr值来判断工作模式为DCM模式或CCM模式；电流检测模块的输入是原边采样电阻上的电压Vp和PWM模块输出的峰值电压数字量Vpp_dig，输出信号是主管导通阶段的原边电流平均值数字量Ipav_dig，输出信号输入到电流计算模块；电流计算模块的输入信号是输出反馈模块提供的去磁时间Tr、辅助管导通时间Ton_a、模式识别信号flag以及电流检测模块提供的Ipav_dig；该模块通过状态检测去判断是采用DCM还是CCM计算模型，通过电荷守恒的方式，计算输出电流的模拟量Io，将模拟量转化为数字量Io_dig作为误差计算模块的输入；所述电流计算模块输出电流Io计算式为：DCM模式下的输出电流Io表达式为：其中，在开关周期Ts内，iD
r
(t)代表输出二极管电流与时间的函数，i
Lm
(t)代表励磁电流与时间的函数，i
p
(t)代表原边电流与时间的函数，Np是变压器的原边匝数，Ns是变压器的副边匝数，Q1是i
Lm
(t)与i
p
(t)的差在t1时刻至励磁电流i
Lm
(t)降为零时刻的积分值然后减去流入钳位电容的电量的差值，Q3是指i
Lm
(t)与i
p
(t)的差在时间上的积分值减去Q1的那部分电量；CCM模式下的输出电流Io表达式为:其中，在开关周期Ts内，Q1是i
Lm
(t)与i
p
(t)的差值在t1时刻至t3时刻的积分值然后再减去流入钳位电容的电量的差值，t1是主管导通结束时刻，t3是辅助管第一次导通结束时刻；Q2是指i
Lm
(t)与i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，张翔，孙大鹰，顾文华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：