[發明專利]一種減小控制電壓紋波的平均電流控制電路及方法

在審

• 申請號: 201710488341.1
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107124094A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 高揚;李磊;嚴瀟;陶兆俊;郭偉;龔坤珊;管月;陸佳煒;郭志剛;李廣強;李福印
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M1/14
• 分類號: H02M1/14;H02M3/156
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于電力電子應用技術領域，特別涉及一種減小控制電壓紋波的平均電流控制電路及方法。

背景技術

為了實現輸出電壓電流均可控，高頻開關電源通常采用電流模式控制。常用的電流模式控制有峰值電流控制和平均電流控制，其中平均電流控制直接控制電感電流的平均值，由于具有控制精度高，電流紋波小，抗干擾性能好、系統穩定性強等優點，在Boost功率因數校正、電池充電控制、太陽能發電等領域有著重要的應用。

傳統的平均電流控制電路通過設計電流誤差放大器的補償網絡使得電流環增益帶寬達到最佳性能，但是通常會引起電感電流鋸齒紋波狀分量被比例放大，因此，由電流誤差放大器的補償網絡調理得到的控制電壓也將包含較大的紋波分量值，那么控制電壓的斜率有可能超過鋸齒波信號的斜坡斜率，從而有可能導致每個開關期間控制電壓與鋸齒波相交次數不止一次，進而導致功率管在一個開關周期內多次開通。顯然，此時的電路工作在不穩定狀態。目前的平均電流控制研究中，主要采用傳統的控制電路對其電流環補償網絡進行折中地設計，設計效果難以維持系統穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種減小控制電壓紋波的平均電流控制電路及方法，通過引入低通濾波器和同相比例放大電路，使電流環增益帶寬達到最佳性能，同時最大程度地減小電流采樣信號中的高頻分量。

實現本發明目的的技術解決方案為：本發明提出一種減小控制電壓紋波的平均電流控制電路，用于控制功率變換器的電感電流，包括單位增益差分放大電路、低通濾波器、同相比例放大電路、誤差放大電路和占空比信號發生電路，其中：

單位增益差分放大電路用于采樣功率變換器的電感電流，并將電感電流傳輸給低通濾波器；

低通濾波器用于濾除電感電流信號的高頻紋波分量，并將濾波后的信號傳輸給同相比例放大電路；

同相比例放大電路用于對濾波后信號的幅值進行同相放大，并將放大后的信號傳輸給誤差放大電路；

誤差放大電路用于產生電流基準信號，將電流基準信號與放大后的信號做差后進行比例-積分運算得到控制電壓信號，并將控制電壓信號傳輸給比較器的正相輸入端；

占空比信號發生電路用于產生鋸齒波信號，并將鋸齒波信號與控制電壓信號進行比較產生開關管的導通占空比，以控制功率變換器的電感電流。

本發明還提出一種減小控制電壓紋波的平均電流控制方法，包括如下步驟：

步驟1、單位增益差分放大電路采樣功率變換器的電感電流；

步驟2、低通濾波器濾除電感電流信號的高頻紋波分量；

步驟3、同相比例放大電路對濾波后信號的幅值進行同相放大；

步驟4、誤差放大電路產生電流基準信號，與放大后的信號做差后，進行比例-積分運算得到控制電壓信號；

步驟5、占空比信號發生電路產生鋸齒波信號，與控制電壓信號進行比較產生開關管的導通占空比，以控制功率變換器的電感電流，當控制電壓信號值高于鋸齒波信號值時，輸出高電平導通功率開關；當控制電壓信號值低于鋸齒波信號值時，輸出低電平斷開功率開關。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：本發明優化了電流反饋環路，濾除了電流采樣信號中的高頻紋波，使得電流采樣信號近乎直流，進而提高了電流控制精度和電路的抗干擾能力，降低了電流紋波、功率損耗和電路設計的復雜度。

附圖說明

圖1是本發明的平均電流控制電路的結構示意圖。

圖2本發明的平均電流控制電路圖。

圖3是降壓型功率變換器的結構示意圖。

圖4是本發明的平均電流控制電路穩定運行時的波形示意圖，其中圖(a)為降壓型功率變換器電感電流的波形圖，圖(b)為經過低通濾波器和同相比例放大器后的輸出信號的波形圖，圖(c)為控制電壓信號和鋸齒波信號的波形圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例進一步闡述本發明方案。