一种原边反馈变换器恒流控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种原边反馈变换器恒流控制系统及方法，包括主拓扑电路和控制系统，所述控制系统包括励磁电流模拟模块、输出电流平均值计算模块、PID控制模块和PWM驱动模块，该控制系统与主拓扑电路中开关电源连接起来构成一个闭环，所述励磁电流模拟模块包括积分模块、比例放大模块、第一减法器、第二减法器及保持电路模块；所述输出电流平均值计算模块根据输出信号和原边电流信号，其输出信号为输出二极管平均电流信号到PID控制模块；所述PID控制模块确定下一周期的开关周期，PWM驱动模块基于开关周期输出主拓扑电路开关管的驱动信号。本发明专利技术能够通过原边反馈控制方法，实现较高精度的恒定输出电流。度的恒定输出电流。度的恒定输出电流。

【技术实现步骤摘要】
一种原边反馈变换器恒流控制系统及方法


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

技术介绍

[0002]对于电源的要求，高功率密度和高效率是消费电子市场的长期趋势。随着技术发展，开关电源广泛应用于中小功率场合，隔离型开关电源能够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。
[0003]传统上，副边反馈变换器利用光耦将输出信息反馈给一次侧控制电路，这是一种简单有效的方法。然而，由于光耦的非线性和温度漂移，系统的可靠性受到影响。为了克服这一缺点，采用了一次侧调节(PSR)交直流变换器。在PSR反激式交直流变换器中，提出了许多恒定输出电流控制方案。在不连续传导调制(DCM)模式下，可以通过峰值电流控制方法实现输出电流，因为输出电流是根据一次侧控制可用的一次峰值电流、退磁时间和开关周期预测的。
[0004]随着对更高功率的要求，CCM运行中PSR控制的控制算法越来越受到重视，并应用了适用于DCM和CCM模式的有效多模方案。现有技术中，提出了一种基于在主开关导通时间中间检测一次电流的模拟控制方案。避免了电流尖峰引起的功率开关导通瞬间电流采样误差。然而，在高频非线性反激变换器中，由于输出二极管电流的非线性，它无法估计输出电流。参考LLC谐振变换器中的PSR控制方案，可以根据“磁化电流消除法”估计输出电流。该方法可以用一次参数恢复磁化电流，但需要复杂的控制电路。现有改进方案中，磁化电流可以通过串联RC支路中的低成本电阻器和电容器完全抵消，然而，与辅助绕组电压相比，RC支路中电容器的电压被忽略，这将影响磁化电流的仿真精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种原边反馈变换器恒流控制系统及方法，简化了控制电路，同时提高了输出电流精度。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0007]一种原边反馈变换器恒流控制系统，包括主拓扑电路和闭环控制系统两部分。主拓扑电路是采用变压器实现输入与输出的电气隔离，其输出信号为原边绕组电压与原边主绕组电流。
[0008]所述闭环控制系统包括励磁电流模拟模块、输出二极管电流平均值计算模块、PID控制模块、PWM驱动模块，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环；本专利技术能够通过原边反馈控制方法，实现较高精度的恒定输出电流。
[0009]所述励磁电流模拟模块，其输入为原边绕组电压信号v
aux
(t)，在已知时刻t
kn
时的励磁电流I
m
，输出信号为励磁电流i
m
(t)，励磁电流i
m
(t)输入到输出电流平均值计算模块。励磁电流模拟模块包括积分模块，比例放大模块，第一减法器，第二减法器及保持电路模块
五个子模块。其中，原边绕组电压v
aux
(t)是原边主绕组或辅助绕组的电压或其分压，v
aux
(t)与原边主绕组的电压成比例关系，v
aux
(t)经过积分模块得到其积分值v
aux_int
(t)，比例放大模块对v
aux_int
(t)进行比例放大得到包含励磁电流的可变信号i
m_ac
(t)；第一减法器将i
m_ac
(t)与励磁电流的已知时刻t
kn
时的具体数值I
m
进行相减，并在该已知时刻将第一减法器的输出直流电压通过保持电路模块进行保持即可得到i
m_ac
(t)与i
m
(t)的直流偏差量i
dc
，第二减法器将i
m_ac
(t)中直流偏差量i
dc
减去即可得到励磁电流i
m
(t)。具体计算公式如下。
[0010]首先，v
aux
(t)经过积分模块可得到其积分值v
aux_int
(t)，i
m_ac
(t)通过v
aux_int
(t)比例放大得到，表达式如下：
[0011][0012][0013]其中v
aux_int
(0)是积分器的初始偏差，i
m_ac
(0)与v
aux_int
(0)相等，k为比例系数。原边绕组电压v
aux
(t)是原边主绕组或辅助绕组的电压或其分压，其表达式为
[0014][0015]v
m
(t)是变压器一次绕组上的电压。若v
aux
(t)来自于主绕组分压，则N
a
等于主绕组匝数N
p
，R1与R2为分压电阻；若v
aux
(t)来自于辅助绕组分压，则N
a
，N
p
分别为主绕组与辅助绕组匝数，R1与R2为分压电阻。
[0016]由此i
m_ac
(t)公式可以表达如下：
[0017][0018]i
m_ac
(t)相对励磁电流i
m
的直流偏差量表达式如下：
[0019]i
dc
＝i
m_ac
(0)
‑
i
m
(0)≈i
m_ac
(0)
[0020]通常默认开关刚开启时励磁电流时为零，则i
m
(0)等于零，直流分量可以近似等于积分的初始值i
m_ac
(0)。
[0021]记，I
m
是某一已知时刻t
kn
时的励磁电流的值，可以通过原边电流、控制信号、原边绕组电压等得到，(比如，反激变换器中，当开关管控制信号duty为“1”时，励磁电流等于原边主绕组电流，即此阶段有I
m
等于原边主绕组电流；LLC谐振变换器中，输出二极管电流下降至零时，即原边绕组电压出现拐点时，励磁电流的数值等于原边主绕组电流的值，即此刻有I
m
等于原边主绕组电流。)
[0022]经过第一减法器，i
m_ac
(t)减去已知时刻t
kn
时的励磁电流I
m
，并通过保持电路模块保持输出结果不变，即可得到i
m_ac(
t)与i
m
(t)的直流偏差量i
dc
。
[0023]i
dc
＝i
m_ac
(t
kn
)
‑
I
m
[0024]再经过第二减法器，i
m_ac
(t)减去保持电路模块输出的直流偏差量i
dc
，即可得到励
磁电流i
m
(t)。
[0025]i
m
(t)＝i
m_ac
(t)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原边反馈变换器恒流控制系统，包括主拓扑电路和控制系统，其特征在于：所述控制系统包括励磁电流模拟模块、输出电流平均值计算模块、PID控制模块和PWM驱动模块，该控制系统与主拓扑电路中开关电源连接起来构成一个闭环；其中：所述励磁电流模拟模块包括积分模块、比例放大模块、第一减法器、第二减法器及保持电路模块；其中，所述主拓扑电路的原边绕组电压v
aux
(t)经过积分模块得到其积分值v
aux_int
(t)，比例放大模块对v
aux_int
(t)进行比例放大得到包含励磁电流的可变信号i
m_ac
(t)；第一减法器将i
m_ac
(t)与励磁电流的已知时刻t
kn
时的数值I
m
进行相减，并在该已知时刻t
kn
将第一减法器的输出直流电压通过保持电路模块进行保持，得到i
m_ac
(t)与i
m
(t)的直流偏差量i
dc
，第二减法器将i
m_ac
(t)中直流偏差量i
dc
减去得到励磁电流i
m
(t)，至输出电流平均值计算模块；所述输出电流平均值计算模块根据输出信号i
m
(t)和原边电流信号i
p
(t)，其输出信号为输出二极管平均电流信号i
o
(t)到PID控制模块；所述PID控制模块确定下一周期的开关周期T
s
，输入至PWM驱动模块；所述PWM驱动模块基于开关周期T
s
输出主拓扑电路开关管的驱动信号。2.根据权利要求1所述的原边反馈变换器恒流控制系统，其特征在于，所述积分模块得到其积分值v
aux_int
(t)为：其中v
aux_int
(0)是积分器的初始偏差，原边绕组电压v
aux
(t)是原边主绕组或辅助绕组的电压或其分压，其表达式为：v
m
(t)是变压器一次绕组上的电压，若v
aux
(t)为主绕组分压，则N
a
等于主绕组匝数N
p
，R1与R2为分压电阻；若v
aux
(t)来自于辅助绕组分压，则N
a
，N
p
分别为主绕组与辅助绕组匝数。3.根据权利要求2所述的原边反馈变换器恒流控制系统，其特征在于，所述比例放大模块输出的可变信号i
m_ac<...

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