一種應用于原邊反饋反激變換器的數(shù)字信號采樣電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字開關(guān)電源，尤其涉及一種應用于原邊反饋反激變換器的數(shù)字信號采樣電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電源由于其自身的優(yōu)點，越來越受到重視，在AC-DC和DC-DC開關(guān)電源中，越來越多的控制系統(tǒng)采用數(shù)字方式實現(xiàn)，相對于模擬控制器，數(shù)字控制器有以下優(yōu)點:數(shù)字電源克服現(xiàn)代電源的復雜性，它實現(xiàn)了數(shù)字和模擬技術(shù)的融合，提供了很強的適應性與靈活性，具備直接監(jiān)視、處理并適應系統(tǒng)條件的能力，能夠滿足幾乎任何電源要求。數(shù)字電源還可通過遠程診斷以確保持續(xù)的系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)故障管理、過電壓(流)保護、自動冗余等功能。由于數(shù)字電源的集成度很高，系統(tǒng)的復雜性并不隨功能的增加而增加過多，外圍器件很少，減少了占板面積，簡化了設計制造流程，同時，數(shù)字電源的自動診斷、調(diào)節(jié)的能力使調(diào)試和維護工作變得輕松，另外數(shù)字電源管理芯片易于在多相以及同步信號下進行多相式并聯(lián)應用，可擴展性與重復性優(yōu)秀，輕松實現(xiàn)負載均流，減少EMI，并簡化濾波電路設計。正是由于這些優(yōu)點，數(shù)字電源才會變成未來開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。
[0003]數(shù)字采樣技術(shù)對于推動數(shù)字電源的發(fā)展有著不可替代的作用，傳統(tǒng)的數(shù)字信號采樣是在電源芯片內(nèi)部集成一個ADC采樣電路，通過這樣的技術(shù)固然能夠獲得準確的數(shù)字信號，但是集成一個ADC電路不但加大了芯片的面積，提高了成本，更主要的是提高了芯片自身的功耗。為了解決這樣的問題，IWATT公司提出了一種比較經(jīng)典的拐點采樣算法，如圖1所示，在這個算法中，只需要兩個DAC電路和幾個比較器電路，就能準確得到輸出電壓的數(shù)字化信息，應用IWATT公司的這個算法，相對于傳統(tǒng)的ADC采樣，大大減小了芯片的面積和功耗。但是兩個DAC電路和幾個比較器也占據(jù)了芯片的一部分面積，對芯片的面積和功耗還是會產(chǎn)生一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的局限和不足，本發(fā)明提供一種用于原邊反饋反激變換器的數(shù)字?目號米樣算法。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種應用于原邊反饋反激變換器的數(shù)字信號采樣電路，原邊反饋反激變換器的主拓撲包含整流橋、濾波電容Cl、電阻R3、變壓器Tl、續(xù)流二極管Dl、儲能電容C2、電容C3、負載&、開關(guān)管Ql、采樣分壓電阻Rl和R2、二極管D2、電流采樣電阻Rsense，其中變壓器有三個繞組:原邊繞組Np，副邊繞組Ns，輔助繞組Naux，輔助繞組和副邊繞組的同名端相同，并且和原邊繞組同名端相反，電阻R3、電容C3和二極管D2構(gòu)成RCD電路，保證開關(guān)管Ql的安全工作，其特征在于:
[0006]設置控制模塊，控制模塊的采樣電壓輸入端Vsense連接分壓電阻Rl與R2的連接端，控制模塊的采樣電流輸入端Isense連接開關(guān)管Ql的源極與電流采樣電阻Rsense的連接端，控制模塊輸出的占空比信號duty連接開關(guān)管Ql的柵極；
[0007]所說控制模塊包括采樣模塊和數(shù)字控制核心，采樣模塊包括比較器I和比較器2以及時間計算模塊和誤差產(chǎn)生電路，比較器I和比較器2的正輸入端都連接采樣電壓輸入Vsense，比較器I的負輸入端連接固定電壓Vr，該電壓Vr由副邊繞組Ns與輔助繞組Naux匝數(shù)比和采樣分壓電阻Rl、R2決定；比較器2的負輸入端連接內(nèi)部基準給的O電位固定電壓Vzvs ;比較器I和比較器2的輸出信號都輸入到時間計算模塊，時間計算模塊根據(jù)比較器I和比較器2的輸出信號，應用計數(shù)器得到時間Tl和T2，時間Tl和T2都輸入到誤差產(chǎn)生電路，誤差產(chǎn)生電路根據(jù)時間Tl和T2的大小關(guān)系得到誤差信號e (η)，當Τ2 = 2*Τ1時，輸出的誤差信號e(n)為O ;當T2〈2*T1時，輸出一個正的誤差信號e (η)，誤差信號e (η)是一個正數(shù)字量，它的大小和Τ2與2*Τ1的差有關(guān)，Τ2與2*Τ1的差越大，誤差信號e (η)越大；當Τ2>2*Τ1時，輸出一個負的誤差信號e (η)，誤差信號e (η)是一個負數(shù)字量，它的大小和Τ2與2*Τ1的差有關(guān)，Τ2與2*Τ1的差越大，誤差信號e (η)越??；
[0008]誤差信號e(n)和采樣電流輸入信號Isense為數(shù)字控制核心的兩個輸入信號，數(shù)字控制核心是一個通用的數(shù)字負反饋控制模塊，包括數(shù)字補償器、比較器3和RS觸發(fā)器，誤差信號e(n)經(jīng)過數(shù)字補償器得到采樣電流閾值Ipeak連接到比較器3的負輸入端，采樣電流信息Isense連接比較器3的正輸入端，比較器3的輸出連接RS觸發(fā)器的R端，固定頻率的脈沖信號SET連接RS觸發(fā)器的S端，RS觸發(fā)器輸出占空比信號duty連接開關(guān)管Ql的柵極。
[0009]上述應用于原邊反饋反激變換器的數(shù)字信號采樣電路的控制方法，其特征在于:輸入交流電壓AC通過整流橋和濾波電容Cl連接到變壓器的原邊繞組，此時變壓器原邊繞組Np存儲能量，開關(guān)管Ql關(guān)斷后，變壓器原邊繞組Np停止存儲能量并且把能量耦合到副邊繞組Ns，耦合而來的能量通過續(xù)流二極管Dl和儲能電容C2供給負載Rl消耗，在一個開關(guān)周期內(nèi)，原邊反饋反激變換器的輸出電壓穩(wěn)定時，AC供給的能量和負載Rf消耗的能量是相等的，當原邊反饋反激變換器的輸出電壓偏小時，下一個開關(guān)周期，控制模塊根據(jù)采樣而來的米樣電壓Vsense和米樣電流Isense信號，增大開關(guān)管Ql導通的時間，使得輸出電壓恢復到穩(wěn)定值；當原邊反饋反激變換器的輸出電壓偏大時，下一個開關(guān)周期，控制模塊根據(jù)采樣而來的采樣電壓Vsense和采樣電流Isense信號，減少開關(guān)管Ql導通的時間，使得原邊反饋反激變換器的輸出電壓恢復到穩(wěn)定值；
[0010]具體過程如下:當誤差信號e(n)為O時，數(shù)字補償器產(chǎn)生的采樣電流閾值Ipeak不變，當誤差信號e(n)為負時，數(shù)字補償器產(chǎn)生的采樣電流閾值Ipeak減小，當誤差信號e(n)為正時，數(shù)字補償器產(chǎn)生的采樣電流閾值Ipeak增加，開關(guān)管Ql導通時，采樣電流Isense增加，當采樣電流Isense增加到和采樣電流閾值Ipeak相等時，比較器3輸出一個高脈沖，使RS觸發(fā)器復位，信號SET用來置位RS觸發(fā)器，當輸入的誤差信號e (η)為O時，占空比信號duty的占空比不變，當輸入的誤差信號e (η)是小于O時，得到占空比信號duty占空比減小，當輸入的誤差信號e(n)為正時，得到的占空比信號duty占空比增加，通過這樣的負反饋調(diào)節(jié)使得反激變換器的輸出電壓穩(wěn)定。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果:
[0012]1、本發(fā)明省去了采樣所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC)，為芯片節(jié)省了面積和功耗。
[0013]2、本發(fā)明可以根據(jù)Tl和T2的具體大小定量調(diào)節(jié)誤差產(chǎn)生電路產(chǎn)生的誤差信號數(shù)字量的大小，很好的提高了控制精度。
【附圖說明】
[0014]圖1是IWATT公司采樣算法結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡化圖；
[0016]圖3是控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖4是輸出電壓穩(wěn)定時相關(guān)波形圖；
[0018]圖5是輸出電壓偏大時相關(guān)波形圖；
[0019]圖6是輸出電壓偏小時相關(guān)波形圖；
[0020]圖7是輸出電壓很小是相關(guān)波形圖。
[0021]圖8是數(shù)字控制核心內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0022]參看圖2，現(xiàn)有原邊反饋反激變換器的主拓撲包含整流橋、濾波電容Cl、電阻R3、變壓器Tl、續(xù)流二極管Dl、儲能