[發(fā)明專利]降壓型單電感雙輸出支路開(kāi)關(guān)變換器的控制方法及控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910095239.0
• 申請(qǐng)日: 2009-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101552549A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉波;孫越明;趙夢(mèng)戀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/00
• 分類號(hào): H02M3/00;H02M1/08;G05F1/46;H02J7/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種降壓型單電感雙輸出開(kāi)關(guān)變換器的控制方法及控制裝置。?

背景技術(shù)

單電感雙輸出開(kāi)關(guān)變換器得益于使用較少的功率元件及較小的線路板占用面積，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中。便攜性決定設(shè)備中必須配備儲(chǔ)能器，通常為可充鋰電池；而應(yīng)用環(huán)境決定在為電池充電時(shí)，設(shè)備也必須能夠正常工作。如在便攜式播放器中，開(kāi)關(guān)變換器需由輸入直流電壓產(chǎn)生一個(gè)4.2V直流電壓用來(lái)給電池充電，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)3.3V直流電壓給解碼芯片及其他電路。?

通常情況下，如果輸入功率沒(méi)有限制，電路的元件參數(shù)，如電感、功率管、開(kāi)關(guān)頻率等，可以按照用電電路所需最大功率來(lái)設(shè)計(jì)，因此通常的單電感雙輸出控制策略如交替控制足以達(dá)到目的。?

論文“Single-Inductor?Dual-Input?Dual-Output?SwitchingConverter?for?Integrated?Battery?Charging?and?Power?Regulation”公開(kāi)了一種單電感雙輸出的控制器(出處：Circuits?and?Systems，2003.ISCAS′03.Proceedings?of?the?2003?International?Symposium?on，出版日：2003年5月25-28日，III-447-III-450?vol.3)，在該控制器一輸出支路接負(fù)載，另一輸出支路接充電電池時(shí)，控制器向兩路支路提供輸出的時(shí)間是相對(duì)穩(wěn)定的，一般是依次向每路輸出支路提供輸出，時(shí)間上各占一半。因?yàn)橄蛎柯分诽峁┑妮敵鰰r(shí)間是穩(wěn)定的，在充電過(guò)程中，提供給電池支路的能量會(huì)隨電池電壓的升高而減小，而負(fù)載的能耗是隨時(shí)變化的，因此這種控制器必須考慮極端情況，即輸往負(fù)載及電池的能量均最大的情況。以輸往負(fù)載及電池的能量均最大的情況作為設(shè)計(jì)變換器的依據(jù)，這樣的缺點(diǎn)在于當(dāng)電池電壓上升時(shí)，輸往電池的能量減小，變換器仍保留一半的時(shí)間給電池充電，而實(shí)際此時(shí)電感中已無(wú)電流，大部分時(shí)間是浪費(fèi)的。

隨著太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換效率的提升，越來(lái)越多的便攜式設(shè)備開(kāi)始選擇太陽(yáng)能電池作為供電單元。如果仍然按照電路所需最大功率來(lái)設(shè)計(jì)，合乎要求的太陽(yáng)能電池板尺寸可能會(huì)超出基本的便攜要求；而且光照強(qiáng)度的變化，也會(huì)增加設(shè)計(jì)的不定因素。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種降壓型單電感雙輸出開(kāi)關(guān)變換器的控制方法，根據(jù)負(fù)載情況通過(guò)控制選通信號(hào)合理調(diào)整兩輸出支路的輸出功率比。?

本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的降壓型單電感雙輸出開(kāi)關(guān)變換器，通過(guò)負(fù)反饋電路及有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)整兩輸出支路的輸出功率比。?

本發(fā)明的降壓型單電感雙輸出支路開(kāi)關(guān)變換器的控制方法是：?

向兩個(gè)輸出支路發(fā)送控制選通信號(hào)，所述的控制選通信號(hào)包括多個(gè)序列，每個(gè)序列由1個(gè)以上的高電平時(shí)鐘周期及1個(gè)以上的低電平時(shí)鐘周期組成；?

分別采樣兩個(gè)輸出支路的輸出電壓并與基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生第一負(fù)反饋信號(hào)和第二負(fù)反饋信號(hào)，選擇第一負(fù)反饋信號(hào)或第二負(fù)反饋信號(hào)與三角波電壓信號(hào)相比較產(chǎn)生用于調(diào)整電感輸入端功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；?

同時(shí)檢測(cè)電感的電流，當(dāng)電感電流在周期末沒(méi)有歸零或當(dāng)電感中有電流的時(shí)間短于周期的0.7倍時(shí)，調(diào)整序列中高電平的時(shí)鐘周期數(shù)和低電平的時(shí)鐘周期數(shù)，改變兩個(gè)輸出支路的輸出功率比。?

上述控制選通信號(hào)中的高電平對(duì)應(yīng)選擇第一負(fù)反饋信號(hào)或第二負(fù)反饋信號(hào)與三角波電壓信號(hào)相比較，低電平對(duì)應(yīng)選擇另一負(fù)反饋信號(hào)與三角波電壓信號(hào)相比較。?

上述控制選通信號(hào)中的高電平控制第一輸出支路的導(dǎo)通和第二輸出支路的截止，低電平控制第一輸出支路的截止和第二輸出支路的導(dǎo)通。?

當(dāng)電感電流在時(shí)鐘周期末沒(méi)有歸零，控制選通信號(hào)中每個(gè)序列增加1個(gè)時(shí)鐘周期的高電平或減少1個(gè)時(shí)鐘周期的低電平；當(dāng)電感中有電流的時(shí)間短于周期的0.7倍，控制選通信號(hào)中每個(gè)序列減少1個(gè)時(shí)鐘周期的高電平或增加1個(gè)時(shí)鐘周期的低電平。?

為了便于控制，作為優(yōu)選實(shí)施方案，將控制選通信號(hào)中每個(gè)序列的低電平時(shí)鐘周期數(shù)M穩(wěn)定為1個(gè)。當(dāng)電感電流在時(shí)鐘周期末沒(méi)有歸零，控制選通信號(hào)中每個(gè)序列增加1個(gè)時(shí)鐘周期的高電平；當(dāng)電感中有電流的時(shí)間短于周期的0.7倍，控制選通信號(hào)中每個(gè)序列減小1個(gè)時(shí)鐘周期的高電平，直到每個(gè)序列中高電平的時(shí)鐘周期數(shù)為1。?

因?yàn)樾蛄行盘?hào)改變一次后可能會(huì)引起變換器暫時(shí)的不穩(wěn)定，從而使檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確，所以可在控制選通信號(hào)改變后維持穩(wěn)定若干個(gè)周期。?