[發明專利]電感充電電荷控制方法及其在開關電源中的應用

在審

• 申請號: 201310277360.1
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103401403A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 張國安;姜永金
• 申請（專利權）人: 武漢鑫雙易科技開發有限公司
• 主分類號: H02M1/14
• 分類號: H02M1/14;H02M3/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;胡紅林

技術領域

本發明涉及電感充電電荷控制方法，以及將該控制方法在開關電源中的應用，用于降低開關電源的輸出紋波。

背景技術

隨著現代電力電子技術的發展，開關直流電源得到廣泛的應用，同時也不斷出現適用于開關直流電源的控制技術，如電壓控制、電流控制、滯環控制、單周控制等，特別是基于單周控制原理又衍生了電荷控制、準電荷控制、仿電流控制等。

其中，單周控制是對開關量或開關管電壓進行取樣、積分、比較，產生PWM控制信號，實施對開關電源的控制。電荷控制和準電荷控制都是利用電流互感器對流過開關管的電流進行取樣、積分、比較，產生PWM控制信號，實施對開關電源的控制。電荷控制和準電荷控都沒有考慮開關管寄生電容、變壓器勵磁電流等參數以及開關干擾等的影響。仿電流控制是要重構開關管電流的仿電流信號。這些基于單周控制原理的控制方法對輸入電壓擾動敏感，可以阻止輸入電壓紋波傳遞到輸出，減小輸出紋波，但這些控制方法實際上是對開關管的電壓或電流作為開關量進行控制，還沒有真實反映輸出電壓和電流，還會存在一定量的輸出紋波。

而電壓控制和電流控制是對輸出電流和電壓進行反饋控制，對輸入電源的擾動敏感，導致輸入電壓的紋波傳遞到輸出，造成輸出紋波較大。特別是對電流的取樣多是采用電流互感器或霍爾電流傳感器，也會帶來測量誤差，從而影響開關電源的控制精度。

對于需要超低紋波的開關電源，比如高精度測試電源、高新裝備上高精度開關電源等，上述控制方法都不能滿足對開關電源超低紋波的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足而提供一種電感充電電荷控制方法及其在開關電源中的應用，使用本發明控制方法能夠降低開關電源的輸出紋波，實現開關電源的輸出超低紋波。

實現本發明目的采用的技術方案是：一種基于電感充電電荷的控制方法，包括：

將輸出濾波電感的充電電流作為控制對象，用精密取樣電阻對所述輸出濾波電感的充電電流進行取樣，將取樣信號經過精密調理電路后得到正比于電感充電電流的信號，對該信號進行積分得到正比于電感充電電荷的積分電壓；

將輸出信號與輸出信號給定值的誤差經PI調節器進行放大后輸出參考信號；

將所述積分電壓與所述參考信號比較，產生PWM控制信號。

此外，本發明還提供將上述電感充電電荷控制方法在開關電源中的應用，包括：

獲取正比于開關電源輸出濾波電感的充電電流的信號，以及正比于開關電源的輸出電流或電壓的輸出信號；?

將所述充電電流的信號經過積分得到電流積分電壓，以及將所述輸出信號調節后輸出參考信號；所述電流積分電壓與所述參考信號比較，產生PWM控制信號，去控制所述開關電源中DC/DC變換電路中功率開關管的導通和關斷，使所述DC/DC變換電路在每個開關周期從輸入電源傳輸到輸出端的電荷正比于輸出信號的給定值，實現開關電源輸出低紋波。

在上述技術方案中，將所述電流或電壓的輸出信號與該電流或電壓的輸出信號給定值的誤差經PI調節器進行誤差放大后輸出參考信號。

本發明的電感充電電荷控制方法，可以用于開關電源的控制，通過對開關電源的電感充電電流進行控制，保證在每個開關周期傳輸到開關電源輸出端的電荷正比于輸出信號的給定值，阻止輸入電源紋波和干擾傳遞到輸出端，并濾除高頻紋波，實現極大減小開關電源輸出紋波的目的，滿足對開關電源輸出超低紋波的要求。

附圖說明

圖1是采用本發明電感充電電荷控制方法對開關電源進行控制的電路圖；

圖2是圖1中開關電源工作時控制時序波形圖；

圖3是采用本發明電感充電電荷控制方法對開關電源進行控制的另一電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

實施例1

如圖1所示的電路，開關電源的功率電路包括DC/DC變換器、LC濾波器；該開關電源還包括：電感電流精密取樣電路、輸出電壓精密取樣電路、精密調理電路、PI調節器、精密比較器、脈沖振蕩器、RS觸發器、可復位積分器和邏輯與驅動電路等，本實施例中可復位積分器復位開關選用模擬開關。

圖1中L、C分別是輸出濾波電感、電容，本實施例所用電感電流精密取樣電路是精密取樣電阻R1，與濾波電感L串聯，其電阻值很小，溫漂極小，用于獲取電感電流i_L的取樣信號。R1兩端的電壓為電感充電電流的取樣信號R1i_L。