[發明專利]一種Cuk型開關電源的控制系統

在審

• 申請號: 201410274367.2
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104022646A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 徐申;張力文;于花;鐘銳;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及DC-DC開關電源，特別涉及在集成電路內部的一種Cuk(丘克)型開關電源的控制系統，屬于微電子技術領域。

背景技術

有機發光二極管(Organic?Light?Emitting?Diode?OLED)具有柔軟、透明、畫質清晰、節能環保等特點，被視為是最具潛力的下一代新型平面顯示技術。OLED顯示面板需要一個正電源電壓和負電源電壓供電，從而負壓芯片的設計成為這一領域的主流趨勢。Cuk電路輸入輸出電壓方向，具有低的輸出電壓電流紋波和高效率的優點，同時，Cuk電路還具備非常好的抗噪聲能力和抗干擾能力，所以Cuk型電路逐漸成為研究的熱點。然而，傳統的Cuk型電路結構的功率級存在兩個電感和電容，小信號模型較為復雜?，F有的控制電路(圖1)是采用單周期(One-cycle)控制方式，雖然電路能夠無條件穩定，但該控制方式存在較為明顯的缺陷：單周期控制是一種非線性大信號的脈沖寬度(Pulse?Width?Modulation?PWM)調制方法，它并不是一種嚴格意義上的閉環控制系統，控制信號對輸出電壓的校正能力有限，當負載變化時，輸出電壓將產生較大的變化，電路的負載調整率極差(在圖1中負載電流跳變時，輸出電壓產生較大變化)。

發明內容

本發明在現有單周期控制Cuk電路的基礎上，提供一種Cuk型開關變換器單周期結合III型補償控制系統。在原有單周期控制電路的基礎上，加入III型補償網絡和反饋電路，使得環路構成一個閉環控制系統，通過補償功率級的零極點，從而使得Cuk型開關變換器保持穩定。

本發明的技術方案是：一種Cuk型開關電源的控制系統，包括Cuk型開關電源和單周期控制電路兩部分，其特征在于，在單周期控制電路的基礎上，增設III補償網絡和反饋電路，構成閉環控制系統，用III補償網絡的輸出與單周期控制電路中積分電路的輸出進行比較，比較結果產生的占空比控制Cuk型開關電源中功率管的通斷；

Cuk型開關電源包括第一、第二兩級功率級電路，其中：

第一功率級電路包括電感L1、電容C1和功率管Sn，電感L1的一端與電源電壓VDD正端連接，電源電壓VDD負端接地，電感L1的另一端連接電容C1的一端和功率管Sn的漏極，功率管Sn的源極接地，功率管Sn的柵極連接驅動電路的輸出端；

第二功率級電路包括電感L2、電容C2、續流二極管D1和負載電阻Ro，電感L2的一端與續流二極管D1的正端以及第一功率級電路中電容C1的另一端連接，續流二極管D1的負端接地，電感L2的另一端連接電容C2的一端和負載電阻Ro的一端并作為輸出電壓Vo，電容C2的另一端和負載電阻Ro的另一端均接地；

單周期控制電路包括積分電路、比較器、RS觸發器和驅動電路，其中：

積分電路包括運算放大器E1，電阻Rz，電容C和復位開關K，運算放大器E1的反相端通過電阻Rz連接第二功率級電路中續流二極管D1的正端，運算放大器E1的同相端接地，電容C和復位開關K并聯后跨接在運算放大器E1的反相端與輸出端VE1之間；

比較器的同相端連接積分電路中運算放大器E1的輸出端VE1；

RS觸發器的復位端R連接比較器的輸出端，RS觸發器的置位端S連接時鐘信號，RS觸發器的輸出端Q連接驅動電路的輸入端，RS觸發器的輸出非端連接積分電路中復位開關K的控制端；

反饋電路包括兩個完全相同的串聯電阻R，兩個電阻R的非串聯端分別連接輸出電壓Vo和電源電壓VDD的正端，兩個電阻R的串聯端分壓輸出反饋信號VFB；

III補償網絡包括誤差放大器EA、電阻R1、R2、R3和電容C11、C22、C33，誤差放大器EA的同相端連接反饋電路輸出的反饋信號VFB，誤差放大器EA的反相端通過電阻R1連接基準電壓VREF，電阻R3與電容C33串聯后跨接在電阻R1的兩端，電容C33的非串聯端連接誤差放大器EA的反相端，電阻R3的非串聯端連接基準電壓VREF，電阻R2與電容C22串聯，電容C33的非串聯端連接電容C11的一端和誤差放大器EA的輸出端VEA，電阻R2的非串聯端連接電容C11的另一端和誤差放大器EA的反相端，誤差放大器EA的輸出端VEA作為連接III補償網絡的輸出連接比較器的反相端。

本發明的優點及顯著效果：