[發明專利]用于開關電源的無級限流控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410030273.0
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103746552A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 黃詹江勇;陳四雄;李鋒源;許勇枝
• 申請（專利權）人: 廈門科華恒盛股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M3/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種限流控制系統，特別涉及一種應用于開關電源的無級限流控制系統及其控制方法。

背景技術

目前，帶有電壓環和電流環控制的開關電源，其限流方法如下：

（1）硬件限流法（或稱硬件峰值限流法）：

當輸出電流Ioi超過輸出電流限流點ILmt時，由硬件電路關斷驅動PWM信號，實現輸出電流限流目的，但在此時電壓環、電流環均等效開環，當檢測輸出電流小于Ilmt時，由于限流時電壓環以及電流環開環飽和，驅動輸出最大占空比功率管開關應力大，降低系統的可靠性，并且由于硬件限流方法容易導致功率管驅動震蕩（驅動全開、驅動關斷交替），驅動開關頻率不穩定導致系統噪聲變大，輸出電壓紋波較大。另外采用硬件限流的方法，系統的輸出電流的限流點只能為一個點，無法根據需求滿足單系統多個限流點的應用要求。

（2）軟件限流法（或稱軟件峰值限流法）：

當輸出電流Ioi超過輸出電流限流點ILmt時，由軟件直接關斷驅動PWM信號，實現輸出電流限流目的，但在此時電壓環等效開環，當檢測輸出電流小于輸出電流限流點ILmt時，由于電壓環以及電流環開環飽和，驅動輸出最大占空比，功率管開關應力大，降低系統的可靠性，另外，現有軟件限流法易導致功率管驅動震蕩問題，同樣存在系統噪聲大，輸出電壓紋波大等問題。

發明內容

本發明克服現有技術的不足，提出一種用于開關電源的無級限流控制系統及其控制方法，具體方案如下：一種用于開關電源的無級限流控制系統，

包含依次連接的限流電壓控制單元、電壓環控制器、限流電流控制單元、電流環控制器和脈寬調制單元，所述脈寬調制單元的輸出端接至開關電源DC/DC主電路的主功率開關管控制極；還包含一電壓采樣電路、一第一濾波器、一電流采樣電路和一第二濾波器；所述電壓采樣電路的輸入端和電流采樣電路的輸入端都接至所述DC/DC主電路，所述電壓采樣電路的輸出端分別接至所述電壓環控制器的反饋端和所述第一濾波器的輸入端，所述第一濾波器的輸出端接至所述限流電壓控制單元；所述電流采樣電路的輸出端分別接至所述電流環控制器的反饋端和所述第二濾波器的輸入端，所述第二濾波器的輸出端分別接至所述限流電壓控制單元和所述限流電流控制單元。

進一步的，所述電壓環控制器為PID控制器或PI控制器，所述電流環控制器為PID控制器或PI控制器。

進一步的，所述第一濾波器的濾波時間大于控制周期，所述第二濾波器的濾波時間大于控制周期。

進一步的，所述第二濾波器的濾波時間小于所述第一濾波器的濾波時間。

進一步的，所述第一濾波器的濾波時間為100-1000倍的控制周期，所述第二濾波器的濾波時間為3-10倍的控制周期。

本發明還提供一種用于開關電源的無級限流的控制方法，用于對DC/DC主電路進行外環為電壓環控制和內環為電流環控制的雙閉環控制，其特征在于：?

在當前控制周期內，所述電壓環控制中，限流電壓控制單元根據DC/DC主電路輸出的直流電壓設置值Vref*、第一濾波器輸出的輸出電壓采樣平均值Vave、第二濾波器輸出的輸出電流采樣平均值Iave以及上一控制周期的電壓環控制器的給定Vref(k-1)經過限流電壓法獲得當前控制周期的電壓環控制器的給定Vref，電壓采樣電路的采樣輸出電壓值Voi作為電壓環控制器的反饋，電壓環控制器的給定Vref與反饋Voi取差值，經電壓環控制器的PID或PI調節獲得電壓環控制器的輸出控制量Iref*；

在所述電流環控制中，限流電流控制單元根據電壓環控制器的輸出控制量Iref*以及第二濾波器輸出的輸出電流采樣平均值Iave經過限流電流法獲得電流環控制器的給定Iref，電流采樣電路的采樣輸出電流值Ioi作為電流環控制器的反饋，電流環控制器的給定Iref與反饋Ioi取差值，經電流環控制器的PID或PI調節獲得脈寬調制單元的控制量，脈寬調制單元輸出PWM信號控制DC/DC主電路穩壓限流輸出。

進一步的，在當前控制周期內，所述電壓環控制中，所述限流電壓控制單元經過限流電壓法獲得當前控制周期的電壓環控制器的給定Vref，其具體實現步驟如下：

步驟S11：當前控制周期內，判斷Iave是否大于Ilmt+ΔI，若Iave＞Ilmt+ΔI，進入步驟S12，若Iave≤Ilmt+ΔI，進入步驟S13；

步驟S12：限流電壓控制單元將電壓環控制器的給定Vref設定為?[Vave+Vref(k-1)]/2-Kv*ΔV，即令Vref=[Vave+Vref(k-1)]/2-Kv*ΔV，返回步驟S11；