單電感雙輸出開關(guān)變換器雙環(huán)電壓型pfm控制方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備，尤其是一種單電感雙輸出開關(guān)變換器的控制方法及其
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品的廣泛普及，用戶對為電子產(chǎn)品供電電源的體積、負(fù)載范圍以及效率的要求越來越高。研宄表明，單電感雙輸出開關(guān)變換器能為智能手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品提供兩路獨(dú)立的供電電源，減少電感及控制芯片的數(shù)量，有效地減小電源體積，降低電源成本，提高轉(zhuǎn)換效率，從而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來越多的關(guān)注。對于同一個單電感雙輸出開關(guān)變換器，不同的控制方法使得變換器具有不同的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性會K。
[0003]基于脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulat1n, PWM)的控制技術(shù)是最為常見的單電感雙輸出開關(guān)變換器控制方法，如傳統(tǒng)的電壓型控制單電感雙輸出開關(guān)變換器、差模-共模電壓型PWM控制單電感雙輸出開關(guān)變換器和平均電流控制單電感雙輸出變換器等。上述基于PWM的控制技術(shù)思想是:將變換器輸出電壓或電流與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到的誤差信號經(jīng)過誤差放大器補(bǔ)償后生成控制電壓，并將控制電壓與固定頻率的鋸齒波進(jìn)行比較，獲得高、低電平的脈沖控制信號，再通過驅(qū)動電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)開關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)?；诿}沖寬度調(diào)制的控制方法，實(shí)現(xiàn)簡單，但因采用固定頻率的鋸齒波作為調(diào)制波，具有輸入瞬態(tài)響應(yīng)慢、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)慢、輸出支路之間的交叉影響嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
[0004]與含有固定頻率鋸齒波的PWM控制技術(shù)相比，采用脈沖頻率調(diào)制(pulsefrequency modulat1n, PFM)技術(shù)的開關(guān)變換器，開關(guān)頻率可調(diào)節(jié)，具有輸入瞬態(tài)響應(yīng)快，負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。電壓型恒定導(dǎo)通時間控制和電壓型恒定關(guān)斷時間控制是兩種較為常見的電壓型PFM控制技術(shù)，其中電壓型恒定導(dǎo)通時間控制技術(shù)的基本思想是:開關(guān)周期開始時，開關(guān)管導(dǎo)通，變換器輸出電壓上升；經(jīng)過恒定導(dǎo)通時間后，開關(guān)管關(guān)斷，輸出電壓下降，當(dāng)其下降至基準(zhǔn)電壓時，開關(guān)管再次導(dǎo)通，開始新的開關(guān)周期。傳統(tǒng)的PFM技術(shù)直接運(yùn)用到單電感雙輸出開關(guān)變換器時，由于變換器中存在兩條輸出支路和多個開關(guān)管，使得變換器輸出支路之間的交叉影響嚴(yán)重，負(fù)載跳變時變換器易失穩(wěn)，不能正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種單電感雙輸出開關(guān)變換器的控制方法，使之同時具有很好的瞬態(tài)響應(yīng)和較低的交叉影響，適用于多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的單電感雙輸出開關(guān)變換器。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是:一種單電感雙輸出開關(guān)變換器雙環(huán)電壓型PFM控制方法，在單電感雙輸出開關(guān)變換器中，在每個周期的開始時刻，檢測兩輸出支路的輸出電壓，得到輸出電壓檢測信號Vm Jtjb;輸出電壓檢測信號V⑷與電壓控制信號V cl經(jīng)過第一比較器CMPl生成脈沖信號Vpl，用以控制單電感雙輸出開關(guān)變換器主開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷；將輸出電壓檢測信號νΜ、νΛ經(jīng)過減法器生成輸出電壓差模信號Vdif，Vdif與電壓控制信號火2經(jīng)過第二比較器CMP2生成窄脈沖信號Vs，結(jié)合預(yù)設(shè)的固定時間間隔t，產(chǎn)生脈沖信號Vp2，用以控制單電感雙輸出開關(guān)變換器支路開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0007]本發(fā)明所述之單電感雙輸出開關(guān)變換器雙環(huán)電壓型PFM控制方法，電壓控制信號Vcl, Ve2的產(chǎn)生方式為:電壓控制信號V d由第一電壓控制器VCMl產(chǎn)生，等于參考電壓V refl或由參考電壓VMfl與輸出電壓檢測信號V (^經(jīng)過誤差放大器EAl產(chǎn)生；電壓控制信號V。2由第二電壓控制器VCM2產(chǎn)生，等于參考電壓Vref2或由參考電壓V Mf2與輸出電壓差模信號V dif經(jīng)過誤差放大器EA2產(chǎn)生。
[0008]單電感雙輸出開關(guān)變換器雙環(huán)電壓型PFM控制方法的裝置，其特征在于:由第一電壓檢測電路VS1、第二電壓檢測電路VS2、第一電壓控制器VCMl、第二電壓控制器VCM2、第一比較器CMP1、第二比較器CMP2、減法器SUB、觸發(fā)器RS、定時器CT、反相器NOR、第一驅(qū)動電路DR1、第二驅(qū)動電路DR2和第三驅(qū)動電路DR3組成；所述的第一電壓檢測電路VSl的輸出端與第一電壓控制器VCMl連接，且VSl與VCMl均連接在第一比較器CMPl的輸入端，第一比較器CMPl的輸出端與第一驅(qū)動電路DRl相連，控制變換器主開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷；所述的第二電壓檢測電路VS2、減法器SUB、第二比較器CMP2、觸發(fā)器RS與第二驅(qū)動電路DR2依次相連；定時器CT與觸發(fā)器RS相連，以確定固定時間間隔t ;減法器SUB的輸出端與第二電壓控制器VCM2相連，且SUB與VCM2均連接在第二比較器CMP2的輸入端，第二比較器CMP2的輸出端與觸發(fā)器RS相連；觸發(fā)器RS輸出端連接第二驅(qū)動電路DR2 ;觸發(fā)器RS、反相器NOR以及第三驅(qū)動電路DR3依次相連，控制變換器支路開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]一、與現(xiàn)有的基于脈沖寬度調(diào)制的單電感雙輸出開關(guān)變換器控制技術(shù)相比，本發(fā)明的單電感雙輸出開關(guān)變換器在穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓紋波小。
[0011]二、與現(xiàn)有的基于脈沖寬度調(diào)制的單電感雙輸出開關(guān)變換器控制技術(shù)相比，本發(fā)明的單電感雙輸出開關(guān)變換器在輸入電壓發(fā)生改變時，能夠快速調(diào)節(jié)主開關(guān)管和支路開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出電壓超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時間短，變換器的瞬態(tài)響應(yīng)性能高。
[0012]三、與現(xiàn)有的基于脈沖寬度調(diào)制的單電感雙輸出開關(guān)變換器控制技術(shù)相比，本發(fā)明的單電感雙輸出開關(guān)變換器在負(fù)載發(fā)生改變時，能夠快速調(diào)節(jié)主開關(guān)管和支路開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出電壓和電感電流超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時間短，變換器的瞬態(tài)響應(yīng)性能高，兩輸出支路之間的交叉影響小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一控制方法的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的電壓控制器的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的主要工作波形示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一和差模-共模電壓型PWM控制的單電感雙輸出開關(guān)變換器在a輸出支路負(fù)載突變時的瞬態(tài)時域仿真波形。
[0019]圖6為本發(fā)明實(shí)施例一和差模-共模電壓型PWM控制的單電感雙輸出開關(guān)變換器在b輸出支路負(fù)載突變時的瞬態(tài)時域仿真波形。
[0020]圖7為本發(fā)明實(shí)施例一和差模-共模電壓型PWM控制的單電感雙輸出開關(guān)變換器在輸入電壓突變時的瞬態(tài)時域仿真波形。
[0021]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二的電壓控制器的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖9為本發(fā)明實(shí)施例三的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖2中:(a)為本發(fā)明實(shí)施例一的第一電壓控制器VCMl的電路結(jié)構(gòu)框圖；(b)為本發(fā)明實(shí)施例一的第二電壓控制器VCM2的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖5中:(a)為本發(fā)明實(shí)施例一在a輸出支路負(fù)載突變時的瞬態(tài)響應(yīng)波形；(b)為差模-共模電壓型PWM控制單電感雙輸出開關(guān)變換器在a輸出支路負(fù)載突變時的瞬態(tài)響應(yīng)波形。
[0025]圖6中:(a)為本發(fā)明實(shí)施例一在b輸出支路負(fù)載突變時的瞬態(tài)響應(yīng)波形；(b)為差模-共模電壓型PWM控制單電感雙輸出開關(guān)變換器在b輸出支路負(fù)載突變時的瞬態(tài)響應(yīng)波形。
[0026]圖7中:(a)為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓突變時的瞬態(tài)響應(yīng)波形；(b)為差模-共模電壓型PWM控制單電感雙輸出開關(guān)變換器在輸入電壓突變時的瞬態(tài)響應(yīng)波形。
[0027]圖8中:(a)為本發(fā)明實(shí)施例二的第一電壓控制器VCMl的電路結(jié)構(gòu)框圖；(b)為本發(fā)明實(shí)施例二的第二電壓控制器VCM2的電路結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過具體的實(shí)例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0029]實(shí)施例一:
[0030]圖1示出，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】為:單電感雙輸出開關(guān)變換器雙環(huán)電壓型PFM控制方法及其裝置，其裝置主要由第一電壓檢測電路VSl、第二電壓檢測電路VS2、第一電壓控制器VCM1、第二電壓控制器VCM2、第一比較器CMP1、第二比較器CMP2、減法器SUB、觸發(fā)器RS、導(dǎo)通定時器CT、反相器NOR以及第一驅(qū)動電路DR1、第二驅(qū)動電路DR2、第三驅(qū)動電路DR3組成。第一電壓檢測電路VSl用于檢測輸出電壓Vm的值，第二電壓檢測電路VS2用于檢測輸出電壓Vtjb的值；第一電壓控制器VCMl用于獲取電壓控制信號V μ，第二電壓控制器VCM2用于獲取電壓控制信號ν?;減法器SUB用于得到兩輸出電壓的差模信號；第一比較器CMPl用于得到控制主開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的脈沖信號Vpl，脈沖信號Vpl經(jīng)由第一驅(qū)動電路DRl控制主開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，第二比較器CMP2用于得到控制支路開關(guān)管導(dǎo)通的窄脈沖信號Vs;定時器CT的輸出端信號與V s經(jīng)過觸發(fā)器RS產(chǎn)生固定時間間隔的控制脈沖信號Vp2，經(jīng)由第二驅(qū)動電路DR2控制支路開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，其中兩輸出支路開關(guān)管的控制時序是互補(bǔ)的。
[0031]圖2示出，本例的第一電壓控制器VCMl為:存在誤差放大器EAl，參考電壓Vrefl與信號Vm分別作為誤差放大器EAl的輸入，誤差放大器EAl的輸出即為電壓控制信號V。1;本例的第二電壓控制器VCM2為:存在誤差放大器EA2，參考電壓VMf2與信號V dif分別作為誤差放大器EA2的輸入，誤差放大器EA2的輸出即為電壓控制信號Vc2。
[0032]本例采用圖3的裝置，可方便、快速地實(shí)現(xiàn)上述控制方法。圖3示出，本例