开关变换器双缘恒定导通时间调制电压型控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种开关变换器双缘恒定导通时间调制电压型控制装置，根据输出电压与电压基准值的关系，采用恒定导通、关断、恒定导通组成的控制时序，或关断、恒定导通、关断组成的控制时序，控制开关变换器开关管的导通与关断。该实用新型专利技术可用于控制Buck变换器、Buck2变换器、Cuk变换器、Zeta变换器、单管正激变换器、双管正激变换器、推挽变换器、推挽正激变换器、半桥变换器和全桥变换器等多种拓扑结构的开关变换器，其优点是：无需补偿网络，控制简单，瞬态响应速度快，稳压精度高。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种开关变换器的控制装置。
技术介绍
近年来，电力电子器件技术和电力电子变流技术不断发展，作为电力电子重要领域的开关电源技术成为应用和研究的热点。开关电源主要由开关变换器和控制器两部分构成。开关变换器又称为功率主电路，主要有降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)、正激、半桥、全桥等多种拓扑结构。控制器用于监测开关变换器的工作状态，并产生控制脉冲信号控制开关管，调节供给负载的能量以稳定输出。对于同一个开关变换器，不同的控制方法使得变换器具有不同的瞬态和稳态性能。传统的脉冲宽度调制(PWM)电压型控制是最为常见的开关变换器控制方法，其控制思想是:将变换器输出电压与基准电压进行比较得到的误差信号经过误差放大器补偿后生成控制电压，并将控制电压与固定频率锯齿波进行比较，获得脉冲控制信号，再通过驱动电路控制开关管的导通和关断，实现开关变换器输出电压的调节。近年来，越来越多的应用场合要求其供电电源具有快速的瞬态响应速度，如一些微处理器在待机、休眠、正常运行之间切换时，瞬态电流速率高达130A/US，这就要求其供电电源具有快速的瞬态响应速度以满足负载的需求。传统的PWM电压型控制方法实现简单，但因采用误差放大器，具有瞬态性能差、补偿网络设计复杂等缺点，已很难满足负载这一需求。传统的恒定导通时间调制电压型控制是较为常见的开关变换器脉冲频率调制(PFM)电压型控制方法之一，其基本思想是:每个开关周期开始时，开关管导通，变换器输出电压上升；经过固定导通时间后，开关管关断，输出电压下降，当其下降至基准电压时，开关管再次导通，开始新的一个开关周期。与PWM电压型控制相比，采用PFM电压型控制方法的开关变换器瞬态性能好，但是稳态精度差。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种开关变换器双缘恒定导通时间调制电压型控制装置，使之同时具有很好的瞬态性能和稳态性能，适用于多种拓扑结构的开关变换器。采用的具体方案为:一种开关变换器双缘恒定导通时间调制电压型控制装置C0T，其特征在于:由电压检测电路VS、关断时间产生器0FG、锯齿波产生器SG、脉冲调制器PM以及驱动电路DR组成；所述的电压检测电路VS、关断时间产生器0FG、锯齿波产生器SG、脉冲调制器PM、驱动电路DR依次相连；锯齿波产生器SG与电压检测电路VS相连；关断时间产生器OFG与脉冲调制器PM相连。在同一技术构思下，对于开关变换器双缘恒定导通时间调制电压型控制装置提出了两种具体的实现装置:装置①由电压检测电路VS1、关断时间产生器0FG1、锯齿波产生器SG1、脉冲调制器PMl以及驱动电路DRl组成，其中:电压检测电路VS1、关断时间产生器0FG1、锯齿波产生器SGl、脉冲调制器PMl、驱动电路DRl依次相连；锯齿波产生器SGl与电压检测电路VSl相连；关断时间产生器OFGl与脉冲调制器PMl相连。装置①的关断时间产生器OFGl由减法器SUBl、乘法器MUl、乘法器MU2、加法器ADDl以及加法器ADD2组成，其中:减法器SUBl、乘法器MUl、加法器ADDl依次相连；加法器ADD2、乘法器MU2、加法器ADDl依次相连。输出电压值和电压基准值V,ef分别输入到减法器SUBl的正端和负端；减法器SUBl的输出和系数K1作为乘法器MUl的输入；两个恒定导通时间作为加法器ADD2的输入；加法器ADD2的输出和系数K2作为乘法器MU2的输入。装置①的脉冲调制器PMl由加法器ADD3、减法器SUB2、减法器SUB3、比较器CMP1、比较器CMP2以及或门OR组成，其中:加法器ADD3、减法器SUB2、比较器CMP1、或门OR依次相连；减法器SUB3、比较器CMP2、或门OR依次相连；外部锯齿波产生器SGl分别与减法器SUB2和减法器SUB3相连。装置②由电压检测电路VS2、关断时间产生器0FG2、锯齿波产生器SG2、脉冲调制器PM2以及驱动电路DR2组成，其中:电压检测电路VS2、关断时间产生器0FG2、锯齿波产生器SG2、脉冲调制器PM2、驱动电路DR2依次相连；锯齿波产生器SG2与电压检测电路VS2相连；关断时间产生器0FG2与脉冲调制器PM2相连。装置②的关断时间产生器0FG2由减法器SUB4、减法器SUB5、乘法器MU3、乘法器MU4、乘法器MU5、加法器ADD4以及加法器ADD5组成，其中:减法器SUB4、乘法器MU3、加法器ADD4、乘法器MU5、加法器ADD5、减法器SUB5依次相连；乘法器MU4、加法器ADD4、减法器SUB5依次相连。输出电压值和电压基准值Vref分别输入到减法器SUB4的正端和负端；减法器SUB4的输出和系数K3作为乘法器MU3的输A ;恒定导通时间和系数K4作为乘法器MU4的输入；加法器ADD4的输出和系数K5作为乘法器MU5的输入；乘法器MU5的输出和常数C1作为加法器ADD5的输入；加法器ADD4和加法器ADD5的输出分别输入到减法器SUB5的正端和负端。装置②的脉冲调制器PM2由加法器ADD6、减法器SUB6、减法器SUB7、比较器CMP3、比较器CMP4以及与门AND组成，其中:力口法器ADD6、减法器SUB6、比较器CMP3、与门AND依次相连；减法器SUB7、比较器CMP4、与门AND依次相连；外部锯齿波产生器SG2分别与减法器SUB6和减法器SUB7相连。与现有技术相比，本技术的有益效果是:一、与现有的PWM电压型开关变换器相比，本技术的开关变换器在负载发生改变时，输出电压的变化立即改变关断时间的大小，从而快速调节开关变换器开关管关断时间的长短，提高了变换器的瞬态性能。二、与现有的PFM电压型开关变换器相比，本技术的开关变换器稳压精度高，稳态性能好；在大负载范围变化时，输出电压和电感电流瞬态超调量小，调节时间短，瞬态性能好。三、控制器无需误差放大器，简化了控制环路的设计，控制简单，增强了系统稳定性和瞬态响应能力。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本技术采用技术方案的信号流程图。图2为本技术实施例一采用技术方案①的信号流程图。图3为本技术实施例一的关断时间产生器OFGl的信号流程图。图4为本技术实施例一的脉冲调制器PMl的信号流程图。图5为本技术实施例一的电路结构框图。图6为本技术实施例一中，输出电压、电压基准值、恒定导通时间、关断时间、采样脉冲信号及驱动信号之间的关系示意图。图7为本技术实施例一和传统恒定导通时间调制电压型控制的开关变换器在稳态条件下输出电压的时域仿真波形图。图8为本技术实施例一和传统PWM调制电压型控制、传统恒定导通时间调制电压型控制的开关变换器在负载突变时输出电压的时域仿真波形图。图9为本技术实施例二采用技术方案②的信号流程图。图10为本技术实施例二的关断时间产生器0FG2的信号流程图。图11为本技术实施例二的脉冲调制器PM2的信号流程图。图12为本技术实施例二中，输出电压、电压基准值、恒定导通时间、关断时间、采样脉冲信号及驱动信号之间的关系示意图。图13为本技术实施例二的电路结构框图。图7中:a为传统恒定导通时间调制电压型控制开关变换器在稳态时的输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关变换器双缘恒定导通时间调制电压型控制装置，其特征在于：由电压检测电路VS、关断时间产生器OFG、锯齿波产生器SG、脉冲调制器PM以及驱动电路DR组成；所述的电压检测电路VS、关断时间产生器OFG、锯齿波产生器SG、脉冲调制器PM、驱动电路DR依次相连；锯齿波产生器SG与电压检测电路VS相连；关断时间产生器OFG与脉冲调制器PM相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，金艳艳，许建平，杨平，张斐，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：实用新型
国别省市：