一种原边反馈反激变换器恒压控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种原边反馈反激变换器恒压控制系统，涉及隔离型变换器技术领域，该系统包括：主拓扑电路和与其构成闭环的控制电路；将主拓扑电路中的辅助绕组分压端输出的反馈电压，输入至控制电路的第一输入端，结合主开关管驱动信号得到变压器去磁时间；将主拓扑电路中主开关管与输入地之间的电流采样电阻的电压经过分压电路分压后，输入至控制电路的第二输入端，结合主开关管驱动信号计算主开关管导通与关断时刻的电压值；控制电路基于变压器去磁时间、主开关管导通与关断时刻的电压值计算得到输出电压。该系统以简单的闭环控制电路计算得到输出电压并实现输出恒压，相比现有的电压采样方法其实现成本更低、控制更为简单。单。单。

【技术实现步骤摘要】
一种原边反馈反激变换器恒压控制系统


[0001]本专利技术涉及隔离型变换器
，尤其是一种原边反馈反激变换器恒压控制系统。

技术介绍

[0002]随着技术发展，开关电源广泛应用于中小功率场合，隔离型开关电源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，反激变换器具有电路简单、控制简单及可靠性高等特点，因此广泛应用于中小功率的隔离型开关电源中，如便携设备的适配器、显示器电源、LED照明电源等。
[0003]反激变换器实现了输入与输出的电气隔离，因此其可靠性更高，由于开关电源的主要控制电路位于输入端时，需要将输出端的电压或电流信息传输到输入端控制电路，因此必须要实现输入端与输出的信息交互。常用的方案有两种，一是将输出信息通过光耦器件以电—光—电转换的方式进行传递，因此光耦器件的非线性、老化、温漂及配套电路复杂的问题则无法避免，该类变换器的使用寿命及工作温度范围受到约束；二是通过原边主绕组或者增加原边辅助绕组的方式，在恒压控制中，通过采样原边绕组不同时刻的电压，经过信号处理后得到输出电压信息，其中常用的方法是变压器增加原边辅助绕组，通过采样辅助绕组在某时刻的电压，间接得到实际的输出电压，由于辅助绕组电压是变化的波形，因此基于辅助绕组电压实现采样需要较为复杂的处理电路来判定采样时刻，并进行采样。该方法可以避免光耦反馈的相关问题，但对变化波形的处理使得控制电路设计的复杂度和难度升高，若采用数字控制方案则会引入数模转换器或者模数转换器等电路成本和复杂度较高的元件，若采用模拟控制方案则需要对应的采样点判定电路进行采样时刻的判定，其复杂度仍然较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种原边反馈反激变换器恒压控制系统，降低了原边反馈控制方案输出电压采样的难度和成本。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种原边反馈反激变换器恒压控制系统，包括主拓扑电路和与其构成闭环的控制电路；
[0007]将主拓扑电路中的辅助绕组分压端输出的反馈电压，输入至控制电路的第一输入端，结合主开关管驱动信号得到变压器去磁时间；将主拓扑电路中主开关管与输入地之间的电流采样电阻的电压经过分压电路分压后，输入至控制电路的第二输入端，结合主开关管驱动信号计算主开关管导通与关断时刻的电压值；控制电路基于变压器去磁时间、主开关管导通与关断时刻的电压值计算得到输出电压。
[0008]其进一步的技术方案为，控制电路位于输入侧，包括原边电流测算模块、去磁时间检测模块、输出电压计算模块、PID计算模块和PWM驱动模块；原边电流测算模块的输入端作
为控制电路的第二输入端接收电流采样电阻的分压电压，原边电流检测模块的输出端连接输出电压计算模块的输入端，原边电流检测模块用于基于分压电压表达式计算主开关管导通阶段的最大电压值和最小电压值；去磁时间检测模块的输入端作为控制电路的第一输入端接收反馈电压，去磁时间检测模块的输出端连接输出电压计算模块的输入端，去磁时间检测模块用于基于反馈电压与零的比较结果及主开关管驱动信号，获取变压器当前模式下的去磁时间；输出电压计算模块通过PID计算模块连接PWM驱动模块，输出电压计算模块用于计算第n开关周期去磁阶段的输出电压，PWM驱动模块输出主开关管驱动信号作为控制电路的输出信号，连接主开关管的栅端。
[0009]其进一步的技术方案为，在原边电流测算模块中，在主开关管导通期间，分压电压与流过主开关管的原边电流之间的关系为：
[0010][0011]其中，v
p
为分压电路输出的分压电压，i
p
为主开关管导通时流过其上的原边电流，R
p
为电流采样电阻阻值，R3、R4为分压电路的分压电阻；
[0012]获取主开关管导通时刻的原边电流I
pm
、关断时刻的原边电流I
pp
，基于上述表达式计算主开关管导通阶段的最大电压值V
pp
和最小电压值V
pm
，表达式分别为：
[0013][0014][0015]其中，最小电压值V
pm
对应主开关管导通时刻的电压值，最大电压值V
pp
对应主开关管关断时刻的电压值。
[0016]其进一步的技术方案为，去磁时间检测模块包括比较器和时间计算单元，比较器的同相输入端作为去磁时间检测模块的输入端接收反馈电压，记为v
FB
，比较器的反相输入端设为零电位，当v
FB
＞0时，比较器输出高电平，否则输出低电平；比较器的输出端、主开关管驱动信号连接时间计算单元的输入端，时间计算单元的输出端作为去磁时间检测模块的输出端输出变压器当前模式下的去磁时间；
[0017]在时间计算单元中，基于比较器的输出结果和主开关管驱动信号定义一个开关周期下变压器的状态变量，根据状态变量的变化情况确定变压器的工作模式，状态变量包括由低到高的低电平状态、第一电平状态、第二电平状态和第三电平状态；当处于连续电流模式时，获取第一电平状态的时间长度作为该模式下的去磁时间，当处于断续电流模式时，分别获取第一电平状态的时间长度T
r_temp
和第二电平状态的时间长度t
valley
，基于[T
r_temp
‑
(t
valley
/2)]作为该模式下的去磁时间。
[0018]其进一步的技术方案为，在输出电压计算模块中，其输入信号为主开关管导通阶段的最大电压值和最小电压值，以及变压器当前模式下的去磁时间；输出信号为第n开关周期去磁阶段的输出电压V
o
(n)，定义开关周期开始时刻为主开关管驱动信号从低电平上升至高电平的时刻，开关周期结束时刻为下一个主开关管驱动信号从低电平上升至高电平的时刻，输出电压V
o
(n)表达式为：
[0019][0020][0021]其中，V
pp
(n)为第n开关周期主开关管导通阶段的最大电压值，V
pm
(n+1)为第n+1开关周期主开关管导通阶段的最小电压值，T
r
(n)为第n开关周期变压器当前模式下的去磁时间；n
ps
为变压器主绕组匝数与副绕组匝数之比，R
p
为电流采样电阻阻值，V
f
为主拓扑电路中输出二极管的导通电压，且R
p
、n
ps
及V
f
均为不变常数；L
m
为变压器主绕组的励磁电感，L
eq
为基于当前分压电路分压比的等效主绕组励磁电感，R3、R4为分压电路的分压电阻。
[0022]其进一步的技术方案为，PID计算模块的输入信号为计算得到的输出电压，输出信号为该电压对应的开关控制参数作为PWM驱动模块的输入信号，PWM驱动模块基于开关控制参数给出主开关管驱动信号；
[0023]在PID计算模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原边反馈反激变换器恒压控制系统，其特征在于，包括主拓扑电路和与其构成闭环的控制电路；将所述主拓扑电路中的辅助绕组分压端输出的反馈电压，输入至所述控制电路的第一输入端，结合主开关管驱动信号得到变压器去磁时间；将所述主拓扑电路中主开关管与输入地之间的电流采样电阻的电压经过分压电路分压后，输入至所述控制电路的第二输入端，结合主开关管驱动信号计算主开关管导通与关断时刻的电压值；所述控制电路基于所述变压器去磁时间、主开关管导通与关断时刻的电压值计算得到输出电压。2.根据权利要求1所述的原边反馈反激变换器恒压控制系统，其特征在于，所述控制电路位于输入侧，包括原边电流测算模块、去磁时间检测模块、输出电压计算模块、PID计算模块和PWM驱动模块；所述原边电流测算模块的输入端作为所述控制电路的第二输入端接收所述电流采样电阻的分压电压，所述原边电流检测模块的输出端连接所述输出电压计算模块的输入端，所述原边电流检测模块用于基于分压电压表达式计算主开关管导通阶段的最大电压值和最小电压值；所述去磁时间检测模块的输入端作为所述控制电路的第一输入端接收所述反馈电压，所述去磁时间检测模块的输出端连接所述输出电压计算模块的输入端，所述去磁时间检测模块用于基于反馈电压与零的比较结果及主开关管驱动信号，获取变压器当前模式下的去磁时间；所述输出电压计算模块通过所述PID计算模块连接所述PWM驱动模块，所述输出电压计算模块用于计算第n开关周期去磁阶段的输出电压，所述PWM驱动模块输出所述主开关管驱动信号作为所述控制电路的输出信号，连接所述主开关管的栅端。3.根据权利要求2所述的原边反馈反激变换器恒压控制系统，其特征在于，在所述原边电流测算模块中，在所述主开关管导通期间，所述分压电压与流过所述主开关管的原边电流之间的关系为：其中，v
p
为所述分压电路输出的分压电压，i
p
为主开关管导通时流过其上的原边电流，R
p
为电流采样电阻阻值，R3、R4为所述分压电路的分压电阻；获取主开关管导通时刻的原边电流I
pm
、关断时刻的原边电流I
pp
，基于上述表达式计算主开关管导通阶段的最大电压值V
pp
和最小电压值V
pm
，表达式分别为：，表达式分别为：其中，所述最小电压值V
pm
对应主开关管导通时刻的电压值，所述最大电压值V
pp
对应主开关管关断时刻的电压值。4.根据权利要求2所述的原边反馈反激变换器恒压控制系统，其特征在于，所述去磁时间检测模块包括比较器和时间计算单元，所述比较器的同相输入端作为所述去磁时间检测模块的输入端接收所述反馈电压，记为v
FB
，所述比较器的反相输入端设为零电位，当v
FB
＞0时，所述比较器输出高电平，否则输出低电平；所述比较器的输出端、主开关管驱动信号连接所述时间计算单元的输入端，所述时间计算单元的输出端作为所述去磁时间检测模块的
输出端输出变压器当前模式下的去磁时间；在所述时间计算单元中，基于所述比较器的输出结果和主开关管驱动信号定义一个开关周期下变压器的状态变量，根据所述状态变量的变化情况确定所述变压器的工作模式，所述状态变量包括由低到高的低电平状态、第一电平状态、第二电平状态和第三电平状态；当处于连续电流模式时，获取第一电平状态的时间长度作为该模式下的去磁时间，当处于断续电流模式时，分别获取所述第一电平状态的时间长度T
r_temp
和所述第二电平状态的时间长度t
valley
，基于[T
r_temp
‑
(t
va...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，桂桑，顾文华，孙大鹰，李现勤，
申请(专利权)人：无锡市德科立光电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：