[發(fā)明專利]一種寬輸入輸出范圍自穩(wěn)定的電流模固定導(dǎo)通時(shí)間控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110285771.X
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113162403B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢欽松;時(shí)雷雷;許勝有;孫偉鋒;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156;H02M1/08;H02J7/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發(fā)明公開(kāi)了一種寬輸入輸出范圍自穩(wěn)定的電流模固定導(dǎo)通時(shí)間控制方法，屬于發(fā)電、變電或配電的技術(shù)領(lǐng)域。該方法，通過(guò)將采集的電感電流信號(hào)、輸入電壓信號(hào)與輸出電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算之后得到所需要的電感電流紋波信號(hào)；并將輸出電壓反饋信號(hào)和參考電壓信號(hào)輸入到誤差放大器中得到控制信號(hào)，比較電感電流紋波信號(hào)和控制信號(hào)得到導(dǎo)通信號(hào)。電感電流紋波信號(hào)的大小依據(jù)相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間而產(chǎn)生。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)，增加電感電流紋波信號(hào)；當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間變小時(shí)，減小電感電流紋波信號(hào)，來(lái)滿足不同導(dǎo)通時(shí)間下的穩(wěn)定性條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源，尤其涉及一種寬輸入輸出范圍自穩(wěn)定的電流模固定導(dǎo) 通時(shí)間控制方法，屬于發(fā)電、變電或配電的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

迄今為止有多種DC-DC開(kāi)關(guān)變換器控制技術(shù)應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源中，其中最早 出現(xiàn)的是電壓模式的控制，由于這種控制方式只存在一個(gè)電壓回路，因此其設(shè)計(jì) 分析最簡(jiǎn)單，但是這種控制方式也存在響應(yīng)速度慢、補(bǔ)償設(shè)計(jì)復(fù)雜的缺點(diǎn)，于是 發(fā)展出了基于電流環(huán)和電壓環(huán)的雙環(huán)控制策略，雙環(huán)控制策略也稱為電流模式的 控制。電流模控制因?qū)﹄姼须娏鬟M(jìn)行采樣而對(duì)輸入電壓和負(fù)載變化具有更快的響 應(yīng)速度；同時(shí)，輸出濾波電路在反饋環(huán)路中之呈現(xiàn)出一個(gè)極點(diǎn)，使得環(huán)路補(bǔ)償變 得更加簡(jiǎn)單，并且獲得了更大的帶寬。電流模控制對(duì)電感電流進(jìn)行了采樣，因此 還具有限流保護(hù)的功能，但是電流模控制在占空比大于50％時(shí)會(huì)產(chǎn)生次斜坡振蕩 的問(wèn)題，這增大了設(shè)計(jì)難度。在電流模和電壓模控制中，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)， 由于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)存在的延遲特性，使輸出電壓變化量延遲一段時(shí)間才反饋到控制電 路；當(dāng)控制電路收到輸出電壓變化的反饋之后，在PWM產(chǎn)生環(huán)節(jié)中會(huì)因?yàn)闀r(shí)鐘 信號(hào)的原因進(jìn)一步產(chǎn)生延遲，加劇了瞬態(tài)響應(yīng)的變慢。于是固定導(dǎo)通時(shí)間控制方 法應(yīng)運(yùn)而生，它具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輕重負(fù)載效率高和瞬態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用 在各種變換器的設(shè)計(jì)中。

圖1是固定導(dǎo)通時(shí)間控制方案的示意圖，從比較器兩端來(lái)看，比較器正端是 參考電壓信號(hào)V_REF，負(fù)端是輸出電壓反饋信號(hào)V_FB，其基本原理就是當(dāng)輸出電壓 反饋信號(hào)V_FB低于參考電壓信號(hào)V_REF時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)固定導(dǎo)通時(shí)間的脈沖來(lái)控制 主功率管開(kāi)通。因此固定導(dǎo)通時(shí)間控制的原理是基于輸出電壓紋波進(jìn)行控制的， 這就需要一個(gè)與電感電流同相位的輸出電壓紋波。對(duì)于ESR比較大的輸出電容， 這個(gè)同相位的紋波是存在的，否則就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，因此對(duì)電流模固定導(dǎo)通 時(shí)間控制進(jìn)一步分析得到其穩(wěn)定性與導(dǎo)通時(shí)間相關(guān)。而為了使固定導(dǎo)通時(shí)間控制 在不同工作狀態(tài)下保持相對(duì)穩(wěn)定的頻率，常使用自適應(yīng)固定導(dǎo)通時(shí)間控制方法， 即導(dǎo)通時(shí)間與輸入電壓成反比但與輸出電壓成正比，這就存在當(dāng)電流模固定導(dǎo)通 時(shí)間控制應(yīng)用在寬輸入、寬輸出工作情況下時(shí)(例如，在電池充放電應(yīng)用情況下)， 導(dǎo)通時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，可能會(huì)從穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此提高電流模固 定導(dǎo)通時(shí)間控制在寬輸入、輸出范圍下的穩(wěn)定性是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供一種寬輸入輸出范圍自 穩(wěn)定的電流模固定導(dǎo)通時(shí)間控制方法，以適應(yīng)電池充放電等寬輸入輸出范圍應(yīng)用 場(chǎng)景中電流模固定導(dǎo)通時(shí)間穩(wěn)定的需求。其中在電流模固定導(dǎo)通時(shí)間控制系統(tǒng)中， 實(shí)現(xiàn)電感電流紋波大小根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)以維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的發(fā)明目的；并 針對(duì)在主功率管導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件可能被破壞的問(wèn)題提出 了相應(yīng)的算法，通過(guò)引入考慮寬輸入輸出對(duì)導(dǎo)通時(shí)間影響的電感電流放大系數(shù)實(shí) 現(xiàn)電流模固定導(dǎo)通時(shí)間的自適應(yīng)穩(wěn)定，在寬輸入電壓、寬輸出電壓工作狀態(tài)下始 終保持導(dǎo)通時(shí)間穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決了現(xiàn)有自適應(yīng)固定導(dǎo)通時(shí)間控制 方法在寬輸入、輸出范圍下存在從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不穩(wěn)定狀態(tài)這一缺陷的技術(shù)問(wèn) 題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

一種寬輸入輸出范圍自穩(wěn)定的電流模固定導(dǎo)通時(shí)間控制方法，基于包括采樣 模塊、電感電流紋波產(chǎn)生模塊、誤差放大模塊、紋波比較模塊以及自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí) 間產(chǎn)生模塊的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)與受控的開(kāi)關(guān)電源連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)閉 環(huán)。