[發明專利]一種基于數字電流型PWM的反饋信號斜波補償電路

在審

• 申請號: 201710836687.6
• 申請日: 2017-09-17
• 公開（公告）號: CN107453738A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 黃鵬飛;代宏博;張華棟;胡伊通;劉飛;盧振洋
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H03K7/08
• 分類號: H03K7/08;H02M1/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于一種可以應用于數字焊接的電源設備，涉及到電力電子器件以及開關電源和焊接電源的應用。

背景技術

焊接電源的動態響應是指該電源系統在負載發生瞬變時，系統輸出量從初始狀態到達穩定狀態的過程，電源的動態響應反映了電源對負載發生突變時的應變能力，是評估電源環路穩定性最重要的手段之一。隨著數字化焊接電源的大力發展，開關電源的控制方法在數字逆變焊機也得到了相當廣泛的應用。相應的開關電源控制方法中包括脈沖頻率調制(PFM)和脈沖寬度調制(PWM)及混合調試三種方式，其中PWM調試方式具有線性度好、負載調整率高以及熱穩定性好等特點，使其得以廣泛的應用到電源控制系統中。PWM調試方式中以電壓型PWM控制和電流型PWM控制最為常見。而相對于電壓型PWM控制方案，電流型PWM控制方案具有以下優點：由于電感中的電流以輸入電壓減去輸出電壓的斜率上升，對輸入電壓的變化該波形可立即做出響應，從而消除了延遲響應；由于誤差放大器用于控制輸出電流而非電壓，輸出電感器的影響被降至最低，且濾波器給反饋環路提供了單個極點；采用電流型PWM的控制方法，逐個脈沖電流限制，具有良好的動態性能。電流型PWM控制方法可分為峰值電流型和平均值電流型兩種控制方法。目前應用較廣最為常見的是峰值電流型控制方法，其工作原理為，將反饋電壓與參考電壓輸入到誤差放大器，然后輸出誤差信號，該誤差信號與原邊的電流采樣信號輸入到比較器，進行比較之后通過輸出的占空比信號來控制控制開關管的導通和關斷。該方法是一種電壓、電流雙閉環的控制方法。但是，峰值電流型PWM控制方法中，當占空比大于50％時，開環不穩定，系統將會出現震蕩。為此本發明設計了一種基于電流型PWM的反饋信號斜波補償電路，為使得在占空比大于50％情況下，反饋電流的信號波形上疊加一周期、占空比相一致的正斜率的補償信號，可逐漸減小擾動信號帶來的振蕩，最終系統趨于穩定。

發明內容

本發明的目的在于，通過設計一種專用的斜波補償電路來提供一個穩定可靠的正斜率補償疊加信號，來解決峰值電流型PWM控制方法中，當占空比大于50％時開環不穩定且系統震蕩問題。具體的實施方法如下：

本發明主要利用集成芯片來提供穩定的恒流源對電容提供能量，然后利用PWM-CHIP芯片產生的PWM控制信號來對電容進行充放電，從而產生與PWM周期與占空比相一致的斜波，此后斜波信號通過運算放大器后形成一個穩定的斜波電壓信號，再與原邊電流反饋電路進行分壓疊加，使其得到一個穩定可靠的斜率補償疊加信號，最終實現峰值電流型PWM的控制方法。

VCC為供電電源，可控精密穩壓源Z1、三極管Q1及電阻R1、R2組成一個簡單的恒流源電路形成穩定的恒流充電電路為電容C1提供能量。PWM控制芯片產生的PWM控制信號直接用于控制開關管Q3；開關管Q3及電阻R3配合連接VCC使用，致使開關管Q2按照電流型PWM周期、占空比相一致的信號來對電容C1進行同步放電。即當開關管Q3導通時，開關管Q2關斷，恒流充電電路給電容C1充電，且充電電壓遵照U＝It/c規律上升；當開關管Q3關斷時，開關管Q2導通，電容C1通過開關管Q2直接接地，放電電流大于恒流充電電流，電容C1放電，電壓迅速降至低電平。電容C1的充放電產生的斜波電壓信號通過運算放大器U1輸出穩定的電壓信號，即斜波補償信號Vc。斜波補償信號Vc通過與傳感器采集的原邊電流反饋信號Vs、接地信號通過電阻進行分壓疊加，最終得到穩定可靠的斜波補償疊加信號Vs+c進入控制芯片，完成數字峰值電流型PWM的控制方案。

附圖說明

圖1為數字峰值電流型PWM控制電路原理圖

圖2為斜波補償電路原理圖

圖3為關鍵節點信號時序示意圖

具體實施方式

本電路的具體實施方式如下：

本電路通過產生并疊加斜波補償信號來解決數字峰值電流型PWM控制方法中占空比大于50％情況下系統振蕩問題。反饋電流的信號波形上疊加本電路產生的與其周期、占空比相一致的正斜率的補償信號，可逐漸減小擾動信號帶來的振蕩，最終系統趨于穩定。