專利名稱：用于開(kāi)關(guān)電源變換器的準(zhǔn)平均輸出電流控制方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輸出控制。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種新的控制方案用于控制開(kāi)關(guān)電源變換器的輸出電流。這開(kāi)關(guān)電源變換器可用做可控電流源在各種應(yīng)用場(chǎng)合中使用。
背景技術(shù)：
在已有的開(kāi)關(guān)控制方案中有多種控制方法。他們可以分成電流+電壓型控制和平均輸出電流控制。
為了簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)的成本，電流+電壓型控制方案已廣泛的用于開(kāi)關(guān)電源之中。在開(kāi)關(guān)電源中僅部分電感電流的信息被檢測(cè)而用于調(diào)整相應(yīng)的峰值電流的等效電流源。借助電壓環(huán)路的調(diào)節(jié)，開(kāi)關(guān)電源變換器具有非常好的調(diào)節(jié)特性。
平均輸出電流控制是主要用于可控電流源應(yīng)用，如電池充電器，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器。在這類應(yīng)用場(chǎng)合，由于可變負(fù)載沒(méi)有迅速響應(yīng)的電壓環(huán)路來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流。要用平均輸出電流控制來(lái)滿足這要求。
平均輸出電流控制需要收集所有電感和輸出電流的信息。這在在線應(yīng)用中，這一要求還是比較容易實(shí)現(xiàn)的。但在離線應(yīng)用中由于絕緣隔離要求。要滿足這一要求將是十分艱難。對(duì)離線應(yīng)用而言，是否有一種控制方案對(duì)不同開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，僅僅檢測(cè)部分電感電流信息而使其控制型能非常接近平均輸出電流控制性能。本發(fā)明提供一種準(zhǔn)平均輸出電流控制方案，它僅需檢測(cè)部分電感電流，并且其控制性能非常接近平均輸出電流控制性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明呈現(xiàn)一種新的準(zhǔn)平均輸出電流控制方案。它用于控制開(kāi)關(guān)電源變換器。它使得開(kāi)關(guān)電源變換器的輸出電流跟隨參考電流變化。這使得開(kāi)關(guān)電源變換器的輸出為一電流源用于各種應(yīng)用中。
準(zhǔn)平均輸出電流控制方案是有如下功能塊組成，參考功能塊將通常的參考信號(hào)變換成一種合適形式的信號(hào)；在參考運(yùn)算塊中，根據(jù)不同開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，按照預(yù)定算法進(jìn)行運(yùn)算；狀態(tài)檢測(cè)功能塊，檢測(cè)開(kāi)關(guān)電源變換器的狀態(tài)變量并將其變換成與參考功能塊輸出的信號(hào)相同形式的信號(hào)；誤差發(fā)生器用于檢測(cè)從參考運(yùn)算塊和狀態(tài)檢測(cè)功能塊輸出信號(hào)的差值；誤差放大器用于放大校正誤差發(fā)生器檢測(cè)出的差值，而形成脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)；脈寬調(diào)制器將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列脈寬調(diào)制脈沖。
參考功能塊有可能是簡(jiǎn)單到為由一個(gè)開(kāi)關(guān)組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
參考運(yùn)算塊根據(jù)被控開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，運(yùn)算功能塊有相應(yīng)的運(yùn)算有可能是簡(jiǎn)單到為由連接線組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
狀態(tài)檢測(cè)功能塊可以是簡(jiǎn)單到由一檢測(cè)電阻組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
誤差發(fā)生器可以是簡(jiǎn)單到一加法器組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
誤差發(fā)生器可以與誤差放大器合并。
脈寬調(diào)制器輸出是用來(lái)同步參考功能塊，參考運(yùn)算塊和狀態(tài)檢測(cè)功能塊。在參考功能塊和參考運(yùn)算塊中的參考信號(hào)已與狀態(tài)檢測(cè)功能塊處理系統(tǒng)狀態(tài)變量相同的方法和時(shí)間間隔處理。
本發(fā)明控制方案使用包含在部分電感電流中所有的信息，如變化速率，谷值，峰值以及瞬時(shí)平均電流。最容易檢測(cè)部分輸出電流的方法是檢測(cè)功率開(kāi)關(guān)電流。本控制方案是由若干功能塊組成。如圖一所示，它們是參考源塊，參考源運(yùn)算功能塊，狀態(tài)檢測(cè)塊，誤差放大塊，和脈沖調(diào)制塊。
為了比較參考電流和平均輸出電流，因?yàn)閮H僅功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電流被檢測(cè)作為部分輸出電流，并且當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，檢測(cè)電流為零。所以這參考電流必須處理成與從功率開(kāi)關(guān)處檢測(cè)出來(lái)的電流相同的格式。在參考源塊中參考電流處理成一合適的格式輸出。同時(shí)在狀態(tài)檢測(cè)塊中檢測(cè)的功率開(kāi)關(guān)電流也產(chǎn)生一與參考電流相類似的格式輸出，即當(dāng)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)這參考電流與功率開(kāi)關(guān)電流的瞬時(shí)值可被檢測(cè)出。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)截止時(shí)，這參考電流與功率開(kāi)關(guān)電流均為零。
在參考源運(yùn)算塊中，根據(jù)不同開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，參考源塊的輸出信號(hào)按照預(yù)定算法進(jìn)行運(yùn)算以使這輸出信號(hào)是相應(yīng)開(kāi)關(guān)電源變換器的控制信號(hào)。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)截止時(shí)，這控制信號(hào)與功率開(kāi)關(guān)電流均為零。
這控制信號(hào)與功率開(kāi)關(guān)檢測(cè)電流信號(hào)的誤差在誤差產(chǎn)生器中被檢測(cè)出來(lái)。
在誤差放大塊中，這誤差信號(hào)被采樣，保持，放大或積累起來(lái)。這檢測(cè)的誤差能相當(dāng)接近參考電流與平均輸出電流的誤差。這個(gè)誤差可以在誤差放大器中放大及補(bǔ)償。這放大和補(bǔ)償?shù)恼`差信號(hào)可以經(jīng)脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一系列脈寬調(diào)制脈沖。由于開(kāi)關(guān)電源變換器的整個(gè)環(huán)路的調(diào)節(jié)作用這誤差可以被減小，這平均輸出電流可以跟隨參考電流變化。


圖1是用于開(kāi)關(guān)電源變換器基本的平均輸出電流控制方案方框圖。
圖2是本發(fā)明平均輸出電流控制方案具體實(shí)例方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖2為一具體本發(fā)明方案的方框圖。在方框圖中有若干個(gè)功能塊，多路開(kāi)關(guān)MUX，運(yùn)算功能塊，加法器，PID校正器，LIM限幅器，比較器，R-S觸發(fā)器，以及鋸齒波和時(shí)鐘FS。
時(shí)鐘是用于設(shè)置開(kāi)關(guān)電源變換器的開(kāi)關(guān)頻率并同步復(fù)位各需要復(fù)位的功能塊，如多路開(kāi)關(guān)MUX和運(yùn)算功能塊。脈寬調(diào)制器的斜坡信號(hào)是由時(shí)鐘FS和簡(jiǎn)單電路產(chǎn)生。它可以是一鋸齒波或三角波。
參考信號(hào)，或參考電流，被多路開(kāi)關(guān)MUX斬波然后作為運(yùn)算功能塊的輸入。同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源變換器的狀態(tài)變量，或電感電流，通過(guò)功率開(kāi)關(guān)被檢測(cè)并作為加法器的輸入之一。
根據(jù)被控開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，運(yùn)算功能塊有相應(yīng)的運(yùn)算使其輸出信號(hào)是相應(yīng)開(kāi)關(guān)電源變換器的控制信號(hào)。這輸出信號(hào)是作為加法器的另一輸入。
這點(diǎn)是清楚的，即當(dāng)脈寬調(diào)制脈沖是高電平“1”時(shí)加法器的兩個(gè)輸入信號(hào)各具有相應(yīng)的幅值，而當(dāng)脈寬調(diào)制脈沖是低電平“0”時(shí)，這兩個(gè)輸入信號(hào)是零。
兩個(gè)輸入信號(hào)在加法器中相減而產(chǎn)生一個(gè)差值。這差值是非常接近參考電流與平均輸出電流差值的微分。當(dāng)脈寬調(diào)制脈沖是低電平“0”時(shí)，由于加法器的兩個(gè)輸入信號(hào)均為零，故加法器輸出也為零。
加法器的輸出作為PID校正器輸入。這輸出經(jīng)PID校正器積分為參考電流與平均輸出電流差值。這差值經(jīng)校正放大為脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)。由于整個(gè)環(huán)路的調(diào)節(jié)作用，這差值可以被校正而可忽略不計(jì)。
脈寬調(diào)制器是由LIM限幅器，比較器，R-S觸發(fā)器，以及鋸齒波和時(shí)鐘FS組成。PID校正器輸出的調(diào)制信號(hào)經(jīng)脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一系列脈寬調(diào)制脈沖。
脈寬調(diào)制器的輸出脈寬調(diào)制脈沖控制相應(yīng)開(kāi)關(guān)電源變換器的功率開(kāi)關(guān)。這使得相應(yīng)開(kāi)關(guān)電源變換器的輸出電流跟隨參考電流變化。
要應(yīng)用這一控制方案，最容易的狀態(tài)變量檢測(cè)方法是檢測(cè)功率開(kāi)關(guān)電流，這功率開(kāi)關(guān)電流可以是主開(kāi)關(guān)也可以是其他開(kāi)關(guān)，如在升壓，降壓，升降壓電路中續(xù)流二極關(guān)只要電感電流流過(guò)這功率器件，并且這功率器件的電流可以被檢測(cè)和這功率器件電流可以表征一部分輸出電流。
使用準(zhǔn)平均輸出電流控制技術(shù)的好處是以最簡(jiǎn)單最低成本檢測(cè)方法來(lái)完成等效的平均輸出電流控制。由于在控制方案中有積分功能，本控制方案對(duì)干擾噪音不敏感。這是有利簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)電源變換器印刷電路板的布線設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.準(zhǔn)平均輸出電流控制方案是有如下功能塊組成，參考功能塊將通常的參考信號(hào)變換成一種合適形式的信號(hào)；在參考運(yùn)算塊中，根據(jù)不同開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，按照預(yù)定算法進(jìn)行運(yùn)算；狀態(tài)檢測(cè)功能塊，檢測(cè)開(kāi)關(guān)電源變換器的狀態(tài)變量并將其變換成與參考功能塊輸出的信號(hào)相同形式的信號(hào)；誤差發(fā)生器用于檢測(cè)從參考運(yùn)算塊和狀態(tài)檢測(cè)功能塊輸出信號(hào)的差值；誤差放大器用于放大校正誤差發(fā)生器檢測(cè)出的差值，而形成脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)；脈寬調(diào)制器將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列脈寬調(diào)制脈沖。
2.如權(quán)力要求一所述的準(zhǔn)平均輸出電流控制，其特征在于參考功能塊有可能是簡(jiǎn)單到為由一個(gè)開(kāi)關(guān)組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
3.如權(quán)力要求一所述的準(zhǔn)平均輸出電流控制，其特征在于參考運(yùn)算塊根據(jù)被控開(kāi)關(guān)電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，運(yùn)算功能塊有相應(yīng)的運(yùn)算有可能是簡(jiǎn)單到為由連接線組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
4.如權(quán)力要求一所述的準(zhǔn)平均輸出電流控制，其特征在于狀態(tài)檢測(cè)功能塊可以是簡(jiǎn)單到由一檢測(cè)電阻組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
5.如權(quán)力要求一所述的準(zhǔn)平均輸出電流控制，其特征在于誤差發(fā)生器可以是簡(jiǎn)單到一加法器組成并復(fù)雜到由各種操作功能組成。
6.如權(quán)力要求一所述的準(zhǔn)平均輸出電流控制，其特征在于誤差發(fā)生器可以與誤差放大器合并。
7.脈寬調(diào)制器輸出是用來(lái)同步參考功能塊，參考運(yùn)算塊和狀態(tài)檢測(cè)功能塊。
8.在參考功能塊和參考運(yùn)算塊中的參考信號(hào)已與狀態(tài)檢測(cè)功能塊處理系統(tǒng)狀態(tài)變量相同的方法和時(shí)間間隔處理。
全文摘要
提供一種準(zhǔn)平均輸出電流控制方案，該控制方案允許僅僅檢測(cè)一部分開(kāi)關(guān)電源變換器的電感電流來(lái)控制輸出電流。而使得平均輸出電流跟隨參考電流?？刂品桨笇?duì)干擾噪聲不敏感，并使整個(gè)控制系統(tǒng)以低成本實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02M7/527GK101018021SQ20061005319
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者魏其萃 申請(qǐng)人:魏其萃