一种开关电源中基于时间环的电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种开关电源中基于时间环的电流控制方法，包括：获取实时输出电流值I达到目标电流值Iout时的时刻即为时间T1；获取实时输出电流值I达到峰值电流值Ipk时的时刻即为开启时间Ton；根据上述步骤获得的时间T1和开启时间Ton计算偏差值，并根据偏差值调节当前PWM控制周期的关闭时间Toff；所述偏差值表达式为：T1

【技术实现步骤摘要】
一种开关电源中基于时间环的电流控制方法


[0001]本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种开关电源中基于时间环的电流控制方法。

技术介绍

[0002]现有技术中的开关电源控制方法通常包括：连续导通模式(CCM)、非连续导通模式(DCM)以及边界导通模式(BCM)。针对于连续导通模式下的开关电源控制技术主要包括：1.定频并且配合峰值电流斜坡补偿控制；2.定峰值电流配合PWM的关闭时间Toff进行时间调制；3.全波检测回差控制。其中前两种方式主要用于只能检测开通电流(半波检测)的应用场景，例如输出负端必须接地或者类似于反激电路Flyback的隔离拓扑。而第三种则用于没有此类要求的降压电路Duck拓扑(全波检测)。上述第一种方法一般用于恒压电源应用，其对恒流精度没有要求，只需要通过粗略调整输出功率实现全负载，全母线电压下的恒压效果即可。而第二、第三种方法则普遍用于固态照明类应用，因为该应用场景对电流控制的精度要求较高。
[0003]针对全波检测，只需要在看到电感电流低于设定下限是开通PWM，高于设定上限是关闭PWM即可，其精度和简易度都有优势。但其缺点在于，效率低：由于电感电流无论开启时间Ton还是关闭时间Toff都要流过检测电阻，所以损耗较大。另一方面，多路输出共阳/共阴，或阴级连大地的实现代价很大，而这是很多应用必须的要求(安规或接口限制)：由于检测电阻必须和电感串联，以high sideswitchbuck为例(lowsideswitchbuck类似)其或者无法现实多路不能共阴，或者需要增加高压差分检测，并因此增加成本。
[0004]针对半波检测，其可以克服上述全波检测的缺陷，但是由于需要通过PWM的关闭时间Toff的估算电路来预测电感电流低于下限的时间点，来开通PWM，相对来说复杂度高精度低。精度差表现为收敛后不完全稳定：现有半波检测通过检测开通点一定时间后电感电流是否低于目标值(预设的电感电流最小值)。如果低于最小值则下一个开关周期缩小Toff；否则增加Toff。这里面的精度问题主要来自于开通的噪音，即在开通点是不可能检测电感电流的，必须在开通点后的一段时间方能检测，这就造成了误差；其次就是接近收敛后，控制电路依然会不停的调整Toff来来回回，无法做到真正收敛，这是这种控制法的本质决定的(要么增加Toff，要么降低Toff，没有第三种选择)，并且接近收敛后，开通点后的电流检测难免有扰动，有时能检测到，有时则不能。收敛慢则表现为：为了使得最后收敛的时候Toff尽量稳定，Toff的调整速度必须设定比较慢。这就造成了启动或母线/负载突变的时候Toff从初始值需要很久才能使得Toff逼近目标值。如果将Toff调整速度加大，则收敛后的稳定性更差。
[0005]由此可见现有技术中需要一种针对于半波检测的，且能有克服其精度差收敛慢缺陷的开关电源控制方法，从而以相对低的成本实现对开关电流电流控制的高精度稳定控制。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要实现的技术目的在于提供一种开关电源中基于时间环的电流控制方法，依靠所述方法实现以相对低的成本实现对开关电流电流控制的高精度稳定控制。
[0007]基于上述技术目的，本专利技术提供一种开关电源中基于时间环的电流控制方法，所述方法包括：
[0008]步骤a，在PWM控制信号开启后，实时地将开关电源系统的实时输出电流值I与目标电流值Iout相比较，当出现实时输出电流值I达到目标电流值Iout时的时刻即为时间T1；
[0009]步骤b，实时地将开关电源系统的实时输出电流值I与峰值电流值Ipk相比较，当出现实时输出电流值I达到峰值电流值Ipk时的时刻即为开启时间Ton；
[0010]步骤c，根据上述步骤获得的时间T1和开启时间Ton计算偏差值，并根据偏差值调节当前PWM控制周期的关闭时间Toff；
[0011]其中所述根据偏差值调节当前PWM控制周期的关闭时间Toff包括：根据上述步骤获得的时间T1和开启时间Ton计算偏差值T1
–
Ton/2，并将偏差值T1
–
Ton/2输入PI控制器进行比例积分控制；根据所述比例积分控制的输出值计算当前PWM控制周期中的关闭时间Toff水平。
[0012]步骤d，在每一个PWM控制周期中均执行重复上述步骤a至步骤c。
[0013]在一个实施例中，在PWM控制信号开启后的预定时长内即使出现的的瞬时输出电流值I达到目标电流值Iout的情况，也不结束对时间T1的计时。
[0014]在一个实施例中，所述预定时长小于100ns。
[0015]在一个实施例中，所述峰值电流值Ipk与开启时长Ton相关。
[0016]在一个实施例中，所述比例积分控制包括根据倍数调节和积分调节，且所述倍数调节的倍数选择由偏差值范围确定。
[0017]在一个实施例中，所述电流控制方法还包括：对关闭时间Toff计算值的钳位判断，即针对关闭时间Toff预设有最大关闭时间值和最小关闭时间值。
[0018]本专利技术的另一方面还在于提供一种开关电源中基于时间环的电流控制系统，所述系统包括：
[0019]第一比较器、第二比较器、第一计时器和第二计时器。所述第一比较器用于对开关电源系统的实时电流值I与峰值电流值Ipk进行比较，当所述实时电流值I达到峰值电流值Ipk时，所述第一比较器输出翻转信号并触发第一计数器生成开启时间Ton；
[0020]所述第二比较器用于对开关电源系统的实时电流值I与目标电流值Iout进行比较，当所述实时电流值I达到目标电流值Iout时，所述第二比较器输出翻转信号并触发第二计数器生成时间T1；
[0021]所述电流控制系统还包括主运算模块，所述主运算模块包括减法器和PI控制器；所述PI控制器包括倍率调节器和积分调节器。所述减法器根据第一计数器和第二计时器输入的开启时间Ton和时间T1计算偏差值T1
–
Ton/2；所述PI控制器进行比例积分控制，其包括：使用倍率调节器根据偏差值T1
–
Ton/2的大小选取预定的比例倍数Gm；再使用积分调节器对偏差值T1
–
Ton/2进行精细调节。
[0022]在一个实施例中，所述电流控制系统还包括钳位运算器，所述钳位运算器对关闭时间Toff计算值的钳位判断，即针对关闭时间Toff预设有最大关闭时间值和最小关闭时间
值，当计算的关闭时间Toff大于所述最大关闭时间值时，则将关闭时间Toff固定为最大关闭时间值。同理，当计算的关闭时间Toff小于所述最小关闭时间值时，则将关闭时间Toff固定为最小关闭时间值。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下专利技术点及优势：
[0024]1.本专利技术通过检测时间T1及开启时间Ton来调节关闭时间Toff，从而避免了在开关电源开启时刻为了规避电流尖峰噪声所生成的计时误差值，从而提高了调节精度。
[0025]2.本专利技术使用PI控制器调节的方法实现了关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电源中基于时间环的电流控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a，在PWM控制信号开启后，实时地将开关电源系统的实时输出电流值I与目标电流值Iout相比较，当出现实时输出电流值I达到目标电流值Iout时的时刻即为时间T1；步骤b，实时地将开关电源系统的实时输出电流值I与峰值电流值Ipk相比较，当出现实时输出电流值I达到峰值电流值Ipk时的时刻即为开启时间Ton；步骤c，根据上述步骤获得的时间T1和开启时间Ton计算偏差值，并根据偏差值调节当前PWM控制周期的关闭时间Toff；所述偏差值表达式为：T1
–
Ton/2；其中所述根据偏差值调节当前PWM控制周期的关闭时间Toff包括：将偏差值输入PI控制器进行比例积分控制；根据所述比例积分控制的输出值计算当前PWM控制周期中的关闭时间Toff水平；步骤d，在每一个PWM控制周期中均重复执行上述步骤a至步骤c。2.根据权利要求1所述的电流控制方法，其特征在于，在PWM控制信号开启后的预定时长内即使出现的的瞬时输出电流值I达到目标电流值Iout的情况，也不结束对时间T1的计时。3.根据权利要求2所述的电流控制方法，其特征在于，所述预定时长小于100ns。4.根据权利要求1所述的电流控制方法，其特征在于，所述峰值电流值Ipk与开启时长Ton相关。5.根据权利要求1所述的电流控制方法，其特征在于，所述比例积分控制包括根据倍数调节和积分调节，且所述倍数调节的倍数选择由偏差值范围确定。6.根据权利要求1所述的电流控制方法，其特征在于，所述电流控制方法还包括：对关闭时间Toff计算值的钳位判断，即针对关闭时间Toff预设有最大关闭时间值和最小关闭时间值。7.根据权利要求5所述的电流控制方法，其特征在于，所述倍数...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡成煜，王乃龙，聂琳静，张涛，
申请(专利权)人：天津芯格诺微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：