[發明專利]應用于開關變流器的電流觀測器

有效

• 申請號: 201310420303.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103516182A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張軍明;王睿;曾鵠龍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及電流觀測器，特別涉及一種應用于開關變流器的電流觀測器。

背景技術

目前很多隔離型開關變流器（也稱開關電源或者電源），如手機充電器或者LED驅動電源，負載需要電源的輸出電流恒定。為此，通常需要采樣輸出電流，通過閉環反饋的方式實現輸出電流的恒定。以圖1所示的反激變流器為例，其輸入與輸出需要電氣隔離。為了實現輸出的恒流，在輸出端，需要通過取樣電阻采樣，在副邊進行恒流控制之后，誤差信號經光耦反饋送到原邊控制電路，調節開關管的開通和關斷，實現恒流輸出。圖1所示現有技術方案由于副邊電流采樣電路和光耦的存在，增加了電路的復雜性，進一步，由于光耦存在老化問題，使電路的穩定性和使用壽命都受到一定影響。

針對上述問題，提出了很多的原邊恒流控制方法，即無需輸出電流采樣和光耦元件，直接利用隔離變壓器原邊的信號，計算出輸出電流的信息，并加以控制實現輸出恒流。原邊恒流控制的一個框圖示意如圖2所示。目前市場上有較多的集成電路實現這一功能，如Infineon公司的ICL8001G、MPS的MP4021、PI的LinkSwitch-PH系列等。在原邊實現輸出電流估算的方法也有多種多樣，但大部分只能適用于斷續模式（DCM模式）或者臨界斷續模式（CRM模式）的反激變流器，不能適用于連續模式（CCM模式）的反激變流器。如申請專利CN201010262226.0所利用的基于峰值采樣保持的方法，但僅適用于斷續以及臨界斷續模式。采樣保持電路的延時，對輸出電流估算的精度產生影響。申請專利CN201110111079.1提出了一種基于多個乘法器的輸出電流估算方法，可以應用于連續模式的反激變流器，但其實現非常復雜，需要多個乘法器，乘法器的線性度對其輸出電流估算的精度影響很大。若乘法器精度高，則輸出電流估算精度高，但是乘法器設計復雜、成本高；若乘法器精度低，則精度低，但乘法器成本低。

圖3-5所示是反激變流器在各種模式下的工作波形。其中，Vgs是原邊開關Q1的門極驅動信號，Isw是原邊開關的電流信號，Isec是變壓器副邊的電流，其平均值就是輸出電流。Iavg是原邊開關電流Isw在一個周期內的平均值。Ton_p就是原邊開關導通的時間，Ton_s為副邊二極管Dr的導通時間。ZCD信號是指示副邊二極管導通時間的信號，在Ton_s時間段內，為高電平。Va是變壓器輔助繞組的信號，用于產生ZCD信號，也稱為過零檢測、零電流檢測等，在本領域屬于常識。不失一般性，在一個開關周期內的輸出電流可以表示為：

Io=N·Iavg·Ton_sTon_p---(1)]]>

其中N是變壓器的匝比（原邊比副邊），對一個具體變壓器而言，N為恒定值，輸出電流的表達式也可以不考慮匝比N（因為是常數），即也可以表示為：

Io=Iavg·Ton_sTon_p---(2)]]>

在現有技術中，需要采用乘法器（除法器）實現公式（2）所代表輸出電流估算。如前所述，其性能和成本取決于乘法器，乘法器精度高，則輸出電流估算精度高，但是乘法器設計復雜、成本高；若乘法器精度低，則精度低，但乘法器成本低。

如何簡單、可靠實現適用于所有工作狀況的反激變流器的輸出電流估算方法，并具有高的計算精度，這一問題仍然沒有得到很好解決。