低ESR开关变换器双缘PWM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低ESR开关变换器双缘PWM调制电压型控制装置，由电流检测电路IS、电压检测电路VS、加法器ADD、电压控制器VCM、占空比生成器DG、控制时序生成器CP、驱动电路DR组成。本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：输出电压低纹波且无低频振荡，稳定范围广，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】

本技术涉及电力电子设备，尤其是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已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、反激、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动态响应速度和低输出电压纹波特性，一些精密电源、军用电源甚至要求输出电压纹波系数小于0.5%，这就要求其供电电源输出侧电容的等效串联电阻(ESR)值较低。传统的PWM调制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，难以满足设计要求。在输出电容ESR较小情况下，这种含有锯齿波和误差放大器的PWM调制(也称为单缘PWM调制)电压型控制开关变换器的输出电压会产生低频振荡。单环峰值电压控制方法，是含有RS触发器的PWM调制电压型控制方法之一，具有快速的负载动态响应能力，但是该方法依赖于输出电容的ESR，ESR太小时不能正常工作，同时，该方法在占空大于0.5时所控制的开关变换器会产生次谐波振荡，不能稳定工作。双缘PWM调制方法又称三角PWM调制，分为三角后缘调制和三角前缘调制，其基本思想是:每个开关周期，开关管依次采用导通、关断、导通或关断、导通、关断的控制时序。与单缘PWM调制电压型控制相比，采用双缘PWM调制电压型控制方法的开关变换器不但保留了单缘PWM调制电压型控制方法的优点，而且具有瞬态性能好的优势；但在输出电容ESR较小情况下，采用双缘PWM调制电压型控制开关变换器的输出电压仍然会产生低频振荡。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种输出电容低ESR开关变换器的控制装置，使之同时具有很好的瞬态性能和稳态性能，适用于输出电压低纹波的多种拓扑结构的开关变换器。一种低ESR开关变换器双缘PWM调制电压型控制装置，由电流检测电路IS、电压检测电路VS、加法器ADD、电压控制器VCM、占空比生成器DG、控制时序生成器CP、驱动电路DR组成，其中:电压检测电路VS、加法器ADD、占空比生成器DG、控制时序生成器CP、驱动电路DR依次相连，电压控制器VCM与占空比生成器DG相连，电流检测电路IS与加法器ADD相连，加法器ADD与电压控制器VCM相连。所述电压控制器VCM分为两种:一是有误差放大器EA，参考电压Vref与信号Nos分别作为误差放大器EA的输入；二是没有误差放大器EA，电压控制器VCM仅为产生参考电压信号VMf的装置。与现有技术相比，本技术的有益效果是:一、与现有含有锯齿波和误差放大器的单缘和双缘PWM调制电压型控制开关变换器相比，在输出电容低ESR情况下，本技术的输出电容低ESR开关变换器的输出电压无低频振荡，稳定性能好，稳压精度高；在负载或输入电压变化时，输出电压瞬态超调量小，调节时间短，瞬态性能好。二、与现有含有RS触发器的PWM调制电压型控制开关变换器相比，在输出电容低ESR情况下均采用输出电容电流信息和输出电压信息叠加后形成调制信号，本技术的输出电容低ESR开关变换器在全占空比范围内稳定，稳压精度高，稳态性能好。三、与现有含有RS触发器的PWM调制电压型控制开关变换器相比，在输出电容低ESR情况下均米用输出电容电流信息和输出电压信息叠加后形成调制信号，在占空比小于0.5时，当负载发生突变后，本技术的输出电容低ESR开关变换器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。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为本技术实施例一方案的信号流程图。图2为本技术实施例一的电压控制器VCM的信号流程图。图3为本技术实施例一的电路结构框图。图4为本技术实施例一中，信号V。,、电压控制信号V。、导通时间、关断时间、时钟信号及驱动信号之间的关系示意图。图5为本技术实施例一和含有RS触发器的PWM调制电压型控制开关变换器在稳态条件下输出电压V。和信号Vtjs的时域仿真波形图。图6为本技术实施例一和含有RS触发器的PWM调制电压型控制开关变换器在负载突变时输出电压的时域仿真波形图。图7为本技术实施例二中，信号V。,、电压控制信号V。、导通时间、关断时间、时钟信号及驱动信号之间的关系示意图。图8为本技术实施例二的电路结构框图。图5中:a为含有RS触发器的PWM调制电压型控制开关变换器在稳态时的输出电压V。和信号Vtjs波形；b为本技术实施例一在稳态时的输出电压V。和信号Vtjs波形。图6中:a为含有RS触发器的PWM调制电压型控制开关变换器在负载突变时的输出电压波形；b为本技术实施例一在负载突变时的输出电压波形。具体实施方式下面通过具体的实例并结合附图对本技术做进一步详细的描述。实施例一图1示出，本技术的一种具体实施方式为:低ESR开关变换器双缘PWM调制电压型控制装置DEM，主要由电流检测电路IS、电压检测电路VS、加法器ADD、电压控制器VCM、占空比生成器DG、控制时序生成器CP、驱动电路DR组成。电压检测电路VS用于获取输出电压信息，电流检测电路IS用于在不影响输出电压纹波的情况下获取流过输出电容的电流信息，电压控制器VCM用于产生电压控制信号V。，占空比生成器DG用于产生占空比d，并分解成两个导通占空比信号和一个关断占空比信号，控制时序生成器CP用于产生导通、关断、导通的控制时序，经由驱动电路DR，控制开关变换器TD开关管的导通与关断。图2示出，本例的电压控制器VCM分为两种:一是有误差放大器EA，参考电压V,ef与信号Vtjs分别作为误差放大器EA的输入,误差放大器EA的输出即为电压控制信号V。；二是没有误差放大器EA，电压控制器VCM仅为产生参考电压信号Vref的装置，参考电压信号Vref即为电压控制信号V。。本例采用图3的装置，可方便、快速地实现上述方案。图3示出，本例的低ESR开关变换器双缘PWM调制电压型控制装置，由变换器TD和开关管S的控制装置DEM组成。图4为本例信号V。,、电压控制信号V。、导通时间、关断时间、时钟信号及驱动信号之间的关系示意图。本例的装置其工作过程和原理是:控制装置DEM采用双缘PWM调制电压型控制的工作过程和原理是:图3、图4示出，在每个开关周期(即时钟周期)开始时刻导通开关管，在不影响输出电压纹波的情况下电流检测电路IS检测流过变换器TD输出电容C的电流，得到电流检测信号i。，同时，电压检测电路VS检测变换器TD的输出电压，得到输出电压检测信号V。；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低ESR开关变换器双缘PWM调制电压型控制装置，其特征在于：由电流检测电路IS、电压检测电路VS、加法器ADD、电压控制器VCM、占空比生成器DG、控制时序生成器CP、驱动电路DR组成；所述的电压检测电路VS、加法器ADD、占空比生成器DG、控制时序生成器CP、驱动电路DR依次相连；电压控制器VCM与占空比生成器DG相连；电流检测电路IS与加法器ADD相连，加法器ADD与电压控制器VCM相连。

【技术特征摘要】

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