[發(fā)明專利]一種提高同步整流原邊反饋反激式電源動態(tài)性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711474042.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109995254B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 徐申;王煒;林峰;何波涌;蘇巍;孫偉鋒;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學;無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M3/335
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

1.一種提高同步整流原邊反饋反激式電源動態(tài)性能的方法，其特征在于：在原邊反饋主拓撲結構下，副邊采用同步整流的結構，基于數(shù)字多模式控制，設置采樣模塊、多模式判斷模塊、數(shù)字PID模塊、高動態(tài)控制模塊、負載點判斷模塊和PWM驅(qū)動模塊構成的控制系統(tǒng)與被控的開關電源構成閉環(huán)；

1)采樣模塊對原邊輔助繞組上的電阻分壓Vsense進行采樣，得到當前的輸出電壓值Vo_sample和輸出電壓值Vo_sample與其額定值V_{O_REF}的誤差信號err＝V_{O_REF}－Vo_sample；

2)多模式判斷模塊接收由采樣模塊采集到的輸出電壓值Vo_sample，輸出模式判斷信號mode_dynamic給高動態(tài)控制模塊和負載點判斷模塊，判斷系統(tǒng)進入動態(tài)工作模式或穩(wěn)態(tài)工作模式中的哪一種；若輸出電壓值Vo_sample≥設定的輸出電壓值Vo_sample的上限值Vomax，多模式判斷模塊輸出的模式判斷信號mode_dynamic＝1，說明系統(tǒng)發(fā)生了較大范圍的負載切換，系統(tǒng)處于由重載切到輕載的狀態(tài)，系統(tǒng)進入動態(tài)工作模式，即HTL模式，動態(tài)工作模式下，數(shù)字PID模塊不工作；否則，多模式判斷模塊輸出的模式判斷信號mode_dynamic＝0，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)工作模式，穩(wěn)態(tài)工作模式下，高動態(tài)控制模塊和負載點判斷模塊均不工作；

3)在動態(tài)工作模式下，高動態(tài)控制模塊輸出占空比信號Duty_SR_dynamic給PWM驅(qū)動模塊，通過PWM驅(qū)動模塊關斷原邊主開關管，并采用固定周期Ts__HTL、固定占空比D_HTL的方式控制副邊同步整流管的開關，在同步整流管開啟的時間內(nèi)，抽取輸出端負載電容的能量至原邊，使負載電容存儲的能量迅速下降，從而使輸出電壓值Vo_sample以固定的斜率迅速下降，采樣模塊一直對輸出電壓值Vo_sample進行采樣，當輸出電壓值Vo_sample的采樣值Vo_sample下降至其額定值V_{O_REF}時，系統(tǒng)從動態(tài)工作模式跳轉(zhuǎn)至穩(wěn)態(tài)工作模式；

4)負載點判斷模塊在動態(tài)工作模式下接收采樣模塊輸出的輸出電壓值Vo_sample，通過對開關周期的計數(shù)得到輸出電壓值Vo_sample的下降時間Δt，而輸出電壓值Vo_sample變化量ΔVo_sample固定，則得到輸出電壓值Vo_sample的下降斜率Kdown，輸出電壓值Vo_sample的下降斜率Kdown保持不變，而不同負載點下降斜率Kdown不同，根據(jù)該下降斜率Kdown對應出此時的負載大小，判斷出當下的負載點，進而根據(jù)當下的負載大小判斷出動態(tài)過程結束時系統(tǒng)應處于的DPFM穩(wěn)態(tài)工作模式及工作周期Ts_judge、原邊峰值電流Ipeak，給出跳出狀態(tài)判斷信號state_judge和此時的開關周期Ts_judge，并將開關周期Ts_judge輸入到PWM驅(qū)動模塊，將狀態(tài)判斷信號state_judge輸入到多模式判斷模塊，此后系統(tǒng)便進入穩(wěn)態(tài)工作模式，采用數(shù)字PID控制；

5)穩(wěn)態(tài)工作模式下，數(shù)字PID模塊根據(jù)采樣模塊輸出的誤差信號err和多模式判斷模塊輸出的狀態(tài)信號state，采用PID補償算法，計算出控制電壓補償量V_PI，多模式判斷模塊根據(jù)控制電壓補償量V_PI的大小進行穩(wěn)態(tài)多模式的切換，輸出包括CCM、PWM、PFM、DPWM、DPFM中的一種穩(wěn)態(tài)的state值，PWM驅(qū)動模塊在穩(wěn)態(tài)時，采用峰值電流控制，在不同的狀態(tài)信號state下，根據(jù)控制電壓補償量V_PI計算原邊主開關管的周期，根據(jù)當前的輸出電壓采樣值Vo_sample計算副邊同步整流管的占空比，副邊同步整流管的周期與主開關管一致；

6)PWM驅(qū)動模塊輸出的占空比信號通過驅(qū)動模塊得到調(diào)控開關電源主開關管以及副邊同步整流管的PWM波形，實現(xiàn)恒壓輸出；

上述4)中所述輸出電壓的下降斜率Kdown，是通過開關周期的計數(shù)得到輸出電壓值Vo_sample下降的變化ΔVo_sample所消耗的時間Δt，計算輸出電壓值Vo_sample的下降斜率Kdown＝ΔVo_sample/Δt；

所述采樣模塊包含兩個比較器COMP1和COMP2以及波形實時分析模塊和減法器，比較器COMP1和COMP2的正端均連接輔助繞組上的電阻分壓Vsense，比較器COMP2的負端連接0電平，比較器COMP1和COMP2的輸出連接波形實時分析模塊，波形實時分析模塊輸出的采樣信號Vsample連接比較器COMP1的負端，波形實時分析模塊輸出的電壓采樣值Vo_sample連接減法器的負端，減法器的正端連接輸出電壓額定值V_{O_REF}，減法器輸出誤差信號err＝V_{O_REF}－Vo_sample；

所述多模式判斷模塊包含兩個比較器COMP3和COMP4以及動態(tài)模式判斷模塊、穩(wěn)態(tài)模式判斷模塊和多模式狀態(tài)判斷模塊；比較器COMP3的正端連接設定的Vo_sample的上限值Vomax，比較器COMP3的負端和COMP4的正端均連接采樣模塊中波形實時分析模塊輸出的電壓采樣值Vo_sample，比較器COMP4的負端連接設定的額定電壓V_{O_REF}，比較器COMP3和COMP4的輸出連接動態(tài)模式判斷模塊，動態(tài)模式判斷模塊輸出動態(tài)模式判斷信號Mode_dynamic連接多模式狀態(tài)判斷模塊的一個輸入端；穩(wěn)態(tài)模式判斷模塊的輸入信號分別是原邊峰值電流的數(shù)字補償量V_PI和多模式狀態(tài)判斷模塊輸出的狀態(tài)信號state，穩(wěn)態(tài)模式判斷模塊輸出穩(wěn)態(tài)狀態(tài)信號State_steady連接多模式狀態(tài)判斷模塊的另一個輸入端，多模式狀態(tài)判斷模塊的第三個輸入端連接負載點判斷模塊輸出的跳出狀態(tài)判斷信號state_judge，多模式狀態(tài)判斷模塊的輸出狀態(tài)信號state連接至穩(wěn)態(tài)模式判斷模塊的輸入端。