專利名稱：開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電 路。
背景技術(shù)：
隨著高頻開關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對電源產(chǎn)品的電氣性能要求也不斷提 高，如功率因數(shù)(PF)、輸入電流諧波(THD)、負(fù)載擾動等。功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)目前已 經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用，使得電源穩(wěn)態(tài)PF和THD的性能指標(biāo)得到很大提高。在實施本發(fā)明過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中，由于很多用戶對負(fù)載擾動要求很 高，而傳統(tǒng)的控制技術(shù)無法實現(xiàn)在高性能負(fù)載擾動指標(biāo)的同時也滿足高性能PF和THD的指 標(biāo)要求。因為要提高負(fù)載擾動的性能指標(biāo)，就需要提高PFC電壓環(huán)的帶寬，但較高的PFC電 壓環(huán)帶寬會降低PF和THD的性能指標(biāo)，這是相互矛盾的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，以解決現(xiàn)有高頻開關(guān)電 源技術(shù)中，無法實現(xiàn)在高性能負(fù)載擾動指標(biāo)的同時也滿足高性能PF和THD指標(biāo)要求的問題。一種開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，包括電流采樣電路⑴6)，用于從隔離直流DC/DC變換主功率電路(U2)采樣負(fù)載電流；電壓采樣電路(U7)，用于從隔離DC/DC變換主功率電路(U2)采樣負(fù)載電壓；第一控制電路(U4)，用于將所述電流采樣電路(U6)及電壓采樣電路(U7)采樣的 負(fù)載電流和負(fù)載電壓進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，計算得到負(fù)載功率，并通過負(fù)載功率與電源輸出 功率上限值相除計算占空比，得到脈寬調(diào)制PWM信號；PWM信號隔離傳輸電路⑴5)，用于將所述第一控制電路(U4)得到的PWM信號傳輸 至第二控制電路(U3)；所述第二控制電路(U3)，用于將所述PWM信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用得到的數(shù)字 量對功率因數(shù)校正PFC電路(Ul)進行前饋控制，使負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時提高功率因數(shù) PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。其中，所述第二控制電路(U3)，具體用于將所述PWM信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用 得到的數(shù)字量對功率因數(shù)校正PFC電路(Ul)采用閉環(huán)比例積分微分PID方式進行前饋控 制，使負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。所述電流采樣電路(U6)與所述第一控制電路(U4)的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換通道(ADl)相 連；所述電壓采樣電路(U7)與所述第一控制電路(U4)的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換通道(AD2)相連。所述第一控制電路(U4)具體為數(shù)字信號處理器DSP或微控制單元MCU。
所述PWM信號隔離傳輸電路(U5)具體為光耦隔離電路或磁隔離電路。所述第二控制電路(U3)具體為數(shù)字信號處理器DSP。本發(fā)明提供的開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，通過將負(fù)載擾動的信息加入到功 率因數(shù)校正PFC電路(U1)控制環(huán)路中形成前饋控制，當(dāng)負(fù)載擾動使輸出功率增大時，PFC電 路的電流環(huán)基準(zhǔn)也跟著增大，由于PFC電路的電流環(huán)是閉環(huán)控制，所以PFC電路的電感電流 也相應(yīng)增大，使得整個PFC電路能夠迅速響應(yīng)負(fù)載擾動，反之亦然。另一方面，由于負(fù)載擾 動前饋控制只在負(fù)載變化時起作用，對穩(wěn)態(tài)指標(biāo)THD和PF不會產(chǎn)生影響?？梢?，本發(fā)明提供 的開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中負(fù)載擾動指標(biāo)與THD指標(biāo)和PF指 標(biāo)的矛盾關(guān)系，實現(xiàn)負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時也能夠提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD 指標(biāo)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實施例中對PFC進行前饋控制示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。隨著數(shù)字控制技術(shù)的不斷進步，數(shù)字開關(guān)電源成為中大功率高端開關(guān)電源的一個 發(fā)展趨勢，用數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)PFC的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。DSP的應(yīng)用使得 PFC的控制算法變得非常靈活。為了解決現(xiàn)有高頻開關(guān)電源技術(shù)中，無法實現(xiàn)在高性能負(fù)載擾動指標(biāo)的同時也滿 足高性能PF和THD指標(biāo)要求的問題，本發(fā)明實施例提供一種開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電 路，通過將負(fù)載擾動的信息加入到功率因數(shù)校正PFC電路U1控制環(huán)路中形成前饋控制，使 負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。參見圖1，本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路包括電流采樣電路TO，用于從隔離直流DC/DC變換主功率電路U2采樣負(fù)載電流；電壓采樣電路U7，用于從隔離DC/DC變換主功率電路U2采樣負(fù)載電壓；第一控制電路U4，用于將所述電流采樣電路U6及電壓采樣電路U7采樣的負(fù)載電 流和負(fù)載電壓進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，計算得到負(fù)載功率，并通過負(fù)載功率與電源輸出功率上 限值相除計算占空比，得到脈寬調(diào)制PWM信號；PWM信號隔離傳輸電路U5，用于將所述第一控制電路U4得到的PWM信號傳輸至第 二控制電路U3 ；
所述第二控制電路U3，用于將所述PWM信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用得到的數(shù)字量 對功率因數(shù)校正PFC電路Ul進行前饋控制，使負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時提高功率因數(shù)PF 和輸入電流諧波THD指標(biāo)。具體的，圖1所示電路主要包括以下幾個部分分別是PFC主功率電路U1，隔離 DC/DC變換主功率電路U2，數(shù)字信號處理器U3，PWM信號隔離傳輸電路TO，數(shù)字信號處理器 U4，電流采樣電路TO，電壓采樣電路U7。其中數(shù)字信號處理器U3、PWM信號隔離傳輸電路 U5、數(shù)字信號處理器U4、電流采樣電路U6和電壓采樣電路U7共同組成負(fù)載擾動前饋控制電 路，這幾個部分缺一不可。圖1所示具體電路如下U1可以是單相PFC功率電路或三相PFC功率電路；U2隔 離DC/DC變換器可以是半橋電路、全橋電路或多電平電路；U3為數(shù)字信號處理器(DSP)，直 接對Ul電路進行數(shù)字控制；U4為數(shù)字信號處理器(DSP)或單片機(MCU) ；U5為PWM信號 隔離傳輸電路，可以用光耦隔離電路實現(xiàn)，或用磁隔離電路實現(xiàn)；Cl為PFC直流母線濾波電 容，用來對PFC工頻紋波和高頻紋波進行平滑濾波；C2為DC/DC輸出濾波電容；Rl為負(fù)載電 阻；U6為負(fù)載電流采樣電路；U7為負(fù)載電壓采樣電路。圖1所示電路工作原理負(fù)載電流Io經(jīng)電流采樣電路TO后連接到芯片U4的模數(shù) 轉(zhuǎn)換通道AD2，負(fù)載電源Vo經(jīng)電壓采樣電路U7后連接到芯片U4的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道AD1。芯 片U4將采樣到的電壓和電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量Vol和Iol，并將Vol和Iol進行相乘得到電源 負(fù)載功率數(shù)字量Pol。即Pol = Vol*Iol，再通過公式D = Pol/Pmax得到對應(yīng)的脈寬調(diào)制 (PWM)占空比D，其中Pmax為電源輸出功率上限值。芯片U4將計算后的PWM信號通過TO 隔離傳輸電路后傳輸?shù)叫酒琔3的ADl腳。數(shù)字信號處理器U3將檢測到的PWM信號轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量，用于PFC環(huán)路的前饋控制。進一步的，第二控制電路U3對功率因數(shù)校正PFC電路(Ul)進行前饋控制，具體為 利用得到的PWM信號數(shù)字量對功率因數(shù)校正PFC電路Ul采用閉環(huán)比例積分微分PID方式進 行前饋控制，以便使負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。實際應(yīng)用中，采用PID方式對PFC電路進行前饋控制的方式有多種，參見圖2，為一 種采用PID方式對PFC電路進行前饋控制的具體實現(xiàn)方式。其中D1為負(fù)載瞬態(tài)功率信號模擬量D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；Vinl為PFC交流輸入電 壓Vin進行A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；I in 1為PFC電感電流I in進行A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；Vout 1 為PFC直流母線電壓Vout進行A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；Iref為PFC電流環(huán)基準(zhǔn)；Vinrms2為 PFC交流輸入電壓Vin的有效值。DSPl數(shù)字控制電路將采集到的負(fù)載瞬態(tài)功率信號模擬量 D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量Dl，乘上系數(shù)K得到A = K · Dl，并與PFC電壓環(huán)運算后的結(jié)果B進行相加
C-Viri
得到C = A+B,以實現(xiàn)前饋控制。PFC電流環(huán)的基準(zhǔn)<formula>formula see original document page 5</formula>ref與PFC電流采樣
Vinrms
數(shù)字量Iinl進行閉環(huán)PID控制，以實現(xiàn)PFC功能。當(dāng)負(fù)載擾動使輸出功率增大時，A會增 大，C也隨之增大，這樣PFC電流環(huán)的基準(zhǔn)Iref也跟著增大，由于PFC電流環(huán)是閉環(huán)控制， 所以PFC電流Iin也相應(yīng)增大，使得整個PFC電路會迅速響應(yīng)負(fù)載擾動。由于負(fù)載擾動前 饋控制只在負(fù)載變化時起作用，所以對穩(wěn)態(tài)指標(biāo)THD和PF沒有影響?？梢?，本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，通過將負(fù)載擾動的 信息加入到功率因數(shù)校正PFC電路(Ul)控制環(huán)路中形成前饋控制，當(dāng)負(fù)載擾動使輸出功率增大時，PFC電路的電流環(huán)基準(zhǔn)也跟著增大，由于PFC電路的電流環(huán)是閉環(huán)控制，所以PFC 電路的電感電流也相應(yīng)增大，使得整個PFC電路能夠迅速響應(yīng)負(fù)載擾動，反之亦然。另一方 面，由于負(fù)載擾動前饋控制只在負(fù)載變化時起作用，對穩(wěn)態(tài)指標(biāo)THD和PF不會產(chǎn)生影響?？?見，本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中負(fù)載擾動 指標(biāo)與THD指標(biāo)和PF指標(biāo)的矛盾關(guān)系，實現(xiàn)負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時也能夠提高功率因數(shù) PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排 他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而 且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有
的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個......”限定的要素，并不排除在包
括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。本發(fā)明不局限于上述實施方式，任何人在本發(fā)明專利的啟示下得出的其他任何與 本發(fā)明專利相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明專利的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，其特征在于，包括電流采樣電路(U6)，用于從隔離直流DC/DC變換主功率電路(U2)采樣負(fù)載電流；電壓采樣電路(U7)，用于從隔離DC/DC變換主功率電路(U2)采樣負(fù)載電壓；第一控制電路(U4)，用于將所述電流采樣電路(U6)及電壓采樣電路(U7)采樣的負(fù)載電流和負(fù)載電壓進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，計算得到負(fù)載功率，并通過負(fù)載功率與電源輸出功率上限值相除計算占空比，得到脈寬調(diào)制PWM信號；PWM信號隔離傳輸電路(U5)，用于將所述第一控制電路(U4)得到的PWM信號傳輸至第二控制電路(U3)；所述第二控制電路(U3)，用于將所述PWM信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用得到的數(shù)字量對功率因數(shù)校正PFC電路(U1)進行前饋控制，使負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，其特征在于，所述第二控制 電路(U3)，具體用于將所述PWM信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用得到的數(shù)字量對功率因數(shù)校正 PFC電路(Ul)采用閉環(huán)比例積分微分PID方式進行前饋控制，使負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時 提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，其特征在于，所述電流采 樣電路(U6)與所述第一控制電路(U4)的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換通道(ADl)相連；所述電壓采樣電路(U7)與所述第一控制電路(U4)的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換通道(AD2)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，其特征在于，所述第一控 制電路(U4)具體為數(shù)字信號處理器DSP或微控制單元MCU。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，其特征在于，所述PWM信 號隔離傳輸電路(U5)具體為光耦隔離電路或磁隔離電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，其特征在于，所述第二控 制電路(U3)具體為數(shù)字信號處理器DSP。
全文摘要
本發(fā)明公開一種開關(guān)電源負(fù)載擾動前饋控制電路，涉及高頻開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過將負(fù)載擾動的信息加入到功率因數(shù)校正PFC電路控制環(huán)路中形成前饋控制，當(dāng)負(fù)載擾動使輸出功率增大時，PFC電路的電流環(huán)基準(zhǔn)也跟著增大，由于PFC電路的電流環(huán)是閉環(huán)控制，所以PFC電路的電感電流也相應(yīng)增大，使得整個PFC電路能夠迅速響應(yīng)負(fù)載擾動，反之亦然。另一方面，由于負(fù)載擾動前饋控制只在負(fù)載變化時起作用，對穩(wěn)態(tài)指標(biāo)THD和PF不會產(chǎn)生影響。因此能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中負(fù)載擾動指標(biāo)與THD指標(biāo)和PF指標(biāo)的矛盾關(guān)系，實現(xiàn)負(fù)載擾動指標(biāo)提高的同時也能夠提高功率因數(shù)PF和輸入電流諧波THD指標(biāo)。
文檔編號H02M1/12GK101807851SQ20101013393
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者柏建國, 鄧禮寬 申請人:北京新雷能科技股份有限公司;深圳市雷能混合集成電路有限公司