[發(fā)明專利]開關電源的脈沖開/關控制技術及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310369598.7
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103516202A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 許建平;鐘曙;王金平;陳利;徐楊軍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;H02M3/28
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發(fā)明涉及電子電力開關設備，尤其是開關電源的脈沖開/關控制方法及其裝置。?

背景技術

隨著電力電子技術的高速發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源。由于開關電源相對于傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源具有效率高、體積小等方面的優(yōu)勢，使得開關電源技術逐漸成為人們應用和研究的熱點。電力電子器件的飛速發(fā)展更是給開關電源提供了一個很大的發(fā)展空間，使其朝著體積小，重量輕，效率高，功率密度大等方向發(fā)展，引起業(yè)內人士的廣泛關注，應用前景廣闊。80年代，計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機的電源換代。90年代，各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備、控制設備等都已廣泛地使用開關電源作為其供電電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。開關電源主要由功率變換器和控制器兩部分構成。功率變換器又稱為功率電路，主要包括開關裝置、變壓器裝置和整流濾波電路。常見的功率變換器拓撲結構有Buck變換器（降壓變換器）、Boost變換器（升壓變換器）、Buck-Boost變換器（升降壓變換器）、正激變換器、反激變換器等。控制器能夠檢測功率變換電路輸入或輸出電壓的變化，并據(jù)此產(chǎn)生相應開關信號控制功率變換電路開關裝置的工作狀態(tài)，從而調節(jié)傳遞給負載的能量以穩(wěn)定開關電源輸出。控制器的結構和工作原理由開關電源所采用的控制方法決定。對于同一功率電路拓撲，采用不同的控制方法會對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度及動態(tài)性能等方面產(chǎn)生影響，因而控制方法的研究顯得日益重要。?

目前，很多應用場合需要開關電源具有很好的瞬態(tài)響應速度，而采用傳統(tǒng)的脈沖寬度調制（PWM）技術已很難滿足這一要求；另外，便攜式用電設備等具有待機功能的設備，待機狀態(tài)時，負載較輕，此時，如果降低變換器有效開關頻率，則能減少變換器轉換損耗，提高電源整體效率。?

傳統(tǒng)的電壓型脈沖寬度調制技術是最為常見的一種開關電源調制方法。其控制思想是：用誤差放大器對開關電源的輸出電壓和基準電壓進行比較獲得誤差信號，再由比較器對該誤差信號與固定頻率鋸齒波信號進行比較獲得脈寬信號，以控制開關裝置的導通、關斷，使輸出電壓達到期望值。當負載出現(xiàn)波動時，由于補償網(wǎng)絡的存在，誤差信號變化相對緩慢，因而脈沖寬度的變化也較為緩慢，這使得開關電源的動態(tài)響應速度較慢。另一方面，補償網(wǎng)絡設計不當會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，并且其設計過程十分繁瑣，因而在很大程度上限制了控制電路的集成與推廣。?

脈沖頻率調制（PFM）技術是另外一種常見形式的開關電源調制方法，和脈沖寬度調制技術不一樣，它通過改變脈沖頻率而不是脈沖寬度來調整占空比，從而調整輸出電壓值。但這種調制方法在輸入電壓或負載發(fā)生改變時，工作頻率會發(fā)生較大的波動，從而很難設計EMI濾波器。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種開關電源的控制方法，使之克服現(xiàn)有技術的以上缺點。?

本發(fā)明為解決其技術的方法是：根據(jù)開關變換器的輸出狀態(tài)，控制器產(chǎn)生等周期導通或者關斷脈沖，以實現(xiàn)對開關變換器的控制。所采用的具體技術方案為：在時鐘信號開始時刻采樣開關電源的輸出電壓值反饋到電壓比較器，并與基準電壓值相比較：當采樣到的輸出電壓低于基準電壓時，則在該時鐘周期內導通開關管，使輸出電壓上升；相反，當采樣到的輸出電壓高于基準電壓時，則在該時鐘周期內關斷開關管，使輸出電壓下降，?從而實現(xiàn)開關電源的脈沖開/關控制。?

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：?

一、與現(xiàn)有的脈沖寬度調制技術相比，本發(fā)明采用固定周期的導通脈沖和關斷脈沖信號作為開關裝置的驅動，在開關電源負載突變時，控制器能夠實現(xiàn)連讀導通或者關斷多個時鐘周期的，使開關電源迅速恢復穩(wěn)態(tài)；?

二、與現(xiàn)有的脈沖寬度調制技術相比，本發(fā)明的開關電源在輕負載狀態(tài)時，控制器將產(chǎn)生較多的關斷脈沖，減小開關動作次數(shù)，降低變換器有效開關頻率，提高轉換效率；?

三、與現(xiàn)有的脈沖頻率調制技術相比，本發(fā)明的開關電源在輸入電壓或負載發(fā)生改變時，開關裝置的導通與關斷脈沖始終是以時鐘周期為單位產(chǎn)生，即開關信號的頻譜不會隨著輸入電壓或負載的變化而在頻率軸上移動，從而降低了電磁干擾噪聲濾波器的設計難度；?

四、控制器直接用輸出電壓與基準電壓相比較，無需補償網(wǎng)絡，簡化了控制環(huán)路設計，增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高了瞬態(tài)響應速度。?