[發明專利]一種原邊反饋反激式電源CCM與DCM模式的恒流控制系統

有效

• 申請號: 201610524020.8
• 申請日: 2016-07-04
• 公開（公告）號: CN106054995B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 徐申;過恒榮;王沖;司開心;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05F1/10
• 分類號: G05F1/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種原邊反饋反激式電源CCM與DCM模式的恒流控制系統，其特征在于：包括電流檢測模塊、輸出反饋模塊、電流計算模塊、誤差計算模塊、PID模塊、PWM模塊以及驅動模塊構成的控制系統，該控制系統與受控的開關電源連接起來構成一個閉環；

電流檢測模塊用于采集實現恒流算法的基本參數，電流檢測模塊的輸入信號包括PWM模塊給定的原邊峰值電流Ipeak經轉化后的峰值電壓數字值Vp_dig、PWM模塊輸出的開關控制信號duty以及原邊采樣電流電阻的電壓Vs，電流檢測模塊輸出信號包括開關管的導通時間ton、開關導通期間Vcomp1＝0且Vcomp2＝0對應的時間長度t1、開關導通期間Vcomp1＝0且Vcomp2＝1對應的時間長度t2和驅動模塊造成的延時tdelay四個時間信號，以及輸出給PWM模塊的信號Vcomp1，電流檢測模塊包括一個DAC單元，兩個比較器COMP1及COMP2以及一個時鐘計數單元，DAC單元的輸入是峰值電壓數字值Vp_dig，輸出為對應的模擬電壓量Vp，比較器COMP1的正端連接原邊采樣電流電阻的電壓Vs，負端連接原邊峰值電流Ipeak對應的模擬電壓量Vp，比較器COMP2的正端連接原邊采樣電流電阻的電壓Vs，負端連接原邊峰值電流Ipeak對應模擬電壓量Vp的部分分壓Vp_k，其中Vp_k＝k*Vp，0＜k＜1，k是根據輸入電壓最低且負載最大時，Vcomp1＝0的時間長度為Vcomp2＝0的時間長度的1.5倍到2.5倍來選取的，比較器COMP1的輸出信號Vcomp1和比較器COMP2的輸出信號Vcomp2均為時鐘計數單元的輸入信號；

輸出反饋模塊用于采集實現恒流算法的基本參數、計算次級電感電流的占空比，輸出反饋模塊的輸入信號包括輔助繞組采樣電壓Vsense和PWM模塊輸出的開關控制信號duty，輸出反饋模塊的輸出信號包括時間信號tr值和模式識別信號flag，輸出反饋模塊包括一個比較器COMP3，比較器COMP3的正端連接輔助繞組采樣電壓Vsense，比較器COMP3的負端接地，比較器COMP3的輸出Vcomp3為時間信號tr值和模式識別信號flag，在tr值的計算上DCM模式和CCM模式不同，對于DCM模式，當副邊電流為0的時候，輔助繞組上的電壓會出現諧振現象，為了更為精確的計算tr值，Vcomp3＝1對應的系統時間內需要扣除掉四分之一的諧振周期才是準確的tr值，對于CCM模式，在duty＝0期間，Vcomp3始終為1，此時duty＝0的時間段即為tr值，flag＝1表示CCM工作模式，flag＝0表示DCM工作模式，其判斷的依據就是在次邊電流恢復到0后，輔助繞組上分壓電阻上的電壓是否出現諧振，如果出現諧振，表示處于DCM工作模式，如果沒有出現諧振，表示處于CCM工作模式；

電流計算模塊用于在開關導通階段計算原邊電感電流的平均值Iav，該模塊的輸入信號包括電流檢測模塊輸出的四個時間信號t1、t2、ton和tdelay以及輸出反饋模塊的輸出信號tr、flag和PWM模塊的輸出信號Vp_dig，利用flag信號判別采用DCM還是CCM計算模型，電流計算模塊輸出信號是二進制數字量Iav_dig；

誤差計算模塊包括精確數字給定、減法器、偏差計算及偏差變化率計算單元，減法器正端連接精確數字給定單元輸出的二進制數字常量Iref，該值根據系統的設計指標而給定，減法器負端連接電流計算模塊輸出的二進制數字量Iav_dig，減法器的輸出通過偏差計算單元得到二進制的當前采樣周期的電壓偏差數字量εμ(t_n)，將其通過偏差變化率計算單元與上一個采樣周期二進制電壓偏差數字量εμ(t_n-1)相減得到二進制數字量的偏差變化率Δεμ(tn)；

PID模塊包括微分、比例、積分及求和四個運算單元，積分與比例單元的輸入為二進制的電壓偏差數字量εμ(t_n)，微分單元的輸入為二進制的偏差變化率Δεμ(t_n)，將微分、比例、積分三個運算單元的輸出在求和運算單元中求和，求和運算模塊輸出補償結果為二進制的數字量V_PI；

PWM模塊的輸入為PID模塊的補償結果V_PI以及電流檢測模塊輸出的Vcomp1；通過PID模塊補償結果V_PI以及Vcomp1計算得到正常控制時開關周期與占空比的信息，得到周期與占空比信息后，PWM模塊輸出開關周期Ts值和原邊峰值電流Ipeak值給驅動模塊，其中Ts值是PWM模塊根據輸入信號計算得到的下一個開關周期的長度，而Ipeak則限定了原邊采樣電阻上的最大峰值電流；同時PWM模塊利用PID模塊輸出的V_PI值，輸出信號Vp_dig，該信號Vp_dig用于電流檢測模塊以及電流計算模塊的信息處理；

驅動模塊的輸入為PWM模塊輸出的信號Ts以及Ipeak，Ipeak值限定了原邊采樣電阻上的最大電流，而該電流是正比于功率管的導通時間的，因此Ipeak也就限定了功率管的導通時間，結合上述的兩個輸入信號，驅動模塊輸出占空比波形，即duty信號，該信號控制功率管的柵極，實現對環路的控制；同時duty信號也是電流檢測模塊以及輸出反饋模塊進行信息處理的一個輸入信號；重復上述過程進行循環控制開關電源功率管的開通和關斷，以使系統更加穩定，從而獲得更高的恒流精度。