[發明專利]單電感雙輸出開關變換器自適應斜坡補償裝置及方法

有效

• 申請號: 202110909299.2
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113595391B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 周述晗;賀明智;林潤澤;劉雪山;周群
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/08
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 張秀敏

1.一種單電感雙輸出開關變換器自適應斜坡補償裝置，其特征在于，包括第一電壓檢測電路VS1、第二電壓檢測電路VS2、第三電壓檢測電路VS3、電流檢測電路IS、定時器CLK、第一驅動電路DR1、第二驅動電路DR2、第三驅動電路DR3、第一斜坡信號發生器SGC1、第二斜坡信號發生器SGC2和峰值電流控制脈沖信號發生器PCC，所述第一電壓檢測電路VS1用于檢測單電感雙輸出開關變換器的第一輸出支路電壓，所述第二電壓檢測電路VS2用于檢測單電感雙輸出開關變換器的第二輸出支路電壓，所述電流檢測電路IS用于檢測單電感雙輸出開關變換器的電感電流，所述第三電壓檢測電路VS3用于檢測單電感雙輸出開關變換器的輸入電壓，所述定時器CLK的輸出端、第一電壓檢測電路VS1的輸出端、第二電壓檢測電路VS2的輸出端和第三電壓檢測電路VS3的輸出端分別與所述第一斜坡信號發生器SGC1的輸入端連接，所述定時器CLK的輸出端和第一斜坡信號發生器SGC1的輸出端分別與所述第二斜坡信號發生器SGC2的輸入端連接，第二斜坡信號發生器SGC2的輸出端、第一電壓檢測電路VS1的輸出端、第二電壓檢測電路VS2的輸出端和電流檢測電路IS的輸出端分別與所述峰值電流控制脈沖信號發生器PCC的輸入端連接，峰值電流控制脈沖信號發生器PCC的第一輸出端連接所述第一驅動電路DR1，峰值電流控制脈沖信號發生器PCC的第二輸出端連接所述第二驅動電路DR2，峰值電流控制脈沖信號發生器PCC的第三輸出端連接所述第三驅動電路DR3，第一驅動電路DR1用于驅動單電感雙輸出開關變換器的主開關管的導通和關斷，第二驅動電路DR2用于驅動單電感雙輸出開關變換器的第一輸出支路開關管的導通和關斷，第三驅動電路DR3用于驅動單電感雙輸出開關變換器的第二輸出支路開關管的導通和關斷；

所述第一斜坡信號發生器SGC1包括第一減法器SUB1、第二減法器SUB2、第三減法器SUB3、第四減法器SUB4、第一比例放大器K1、第二比例放大器K2、第三比例放大器K3、第一加法器SUM1、第二加法器SUM2、乘法器MUL、除法器DIV和采樣保持器S/H，其中：

所述第一電壓檢測電路VS1的輸出端和第三電壓檢測電路VS3的輸出端連接第二減法器SUB2的輸入端；第二減法器SUB2的輸出端連接第一比例放大器K1的輸入端，所述第一比例放大器K1的輸出端和第三電壓檢測電路VS3的輸出端連接第三減法器SUB3的輸入端；第三減法器SUB3的輸出端和第二電壓檢測電路VS2的輸出端連接第一加法器SUM1的輸入端，第一加法器SUM1的輸出端連接第二比例放大器K2；

第三電壓檢測電路VS3的輸出端連接第一減法器SUB1的輸入端和第三比例放大器K3的輸入端，第三比例放大器K3的輸出端和第三電壓檢測電路VS3的輸出端連接第四減法器SUB4的輸入端，第四減法器SUB4的輸出端和第二電壓檢測電路VS2的輸出端連接第二加法器SUM2的輸入端；

第一減法器SUB1的輸出端和第二加法器SUM2的輸出端連接乘法器MUL的輸入端，乘法器MUL的輸出端和第二比例放大器K2的輸出端連接除法器DIV的輸入端，除法器DIV的輸出端和定時器CLK的輸出端連接采樣保持器S/H的輸入端，采樣保持器S/H的輸出端連接所述第二斜坡信號發生器SGC2；

所述第二斜坡信號發生器SGC2包括壓控電流源I_in、電容C、第二開關管S₂、第四驅動電路DR4、第四電壓檢測電路VS4，其中：

所述第四驅動電路DR4的輸入端連接所述定時器CLK的輸出端，第四驅動電路DR4的輸出端連接所述第二開關管S₂的控制端；

所述壓控電流源I_in的正極連接所述第一斜坡信號發生器SGC1的輸出端、第二開關管S₂的第一端、電容C的第一端和第四電壓檢測電路VS4的輸入端，第四電壓檢測電路VS4的輸出端連接所述峰值電流控制脈沖信號發生器PCC；壓控電流源I_in的負極、第二開關管S₂的第二端和電容C的第二端接地；

所述峰值電流控制脈沖信號發生器PCC包括第一誤差放大器EA1、第二誤差放大器EA2、第五減法器SUB5、第一比較器CMP1、第二比較器CMP2、第一RS觸發器RS1、第二RS觸發器RS2、異或門XOR和非門NOR，其中：

第一誤差放大器EA1的輸入端連接第一電壓檢測電路VS1的輸出端，第一誤差放大器EA1的輸出端和第二斜坡信號發生器SGC2的輸出端連接第五減法器SUB5的輸入端，第五減法器SUB5的輸出端和電流檢測電路IS的輸出端連接第一比較器CMP1的輸入端，第一比較器CMP1的輸出端連接第一RS觸發器RS1的R端和第二RS觸發器RS2的R端，第一RS觸發器RS1的S端連接定時器CLK；

第二誤差放大器EA2的輸入端連接第二電壓檢測電路VS2的輸出端，第二誤差放大器EA2的輸出端和電流檢測電路IS的輸出端連接第二比較器CMP2的輸入端，第二比較器CMP2的輸出端連接第二RS觸發器RS2的S端；

第一RS觸發器RS1的輸出端連接第一驅動電路DR1；第一RS觸發器RS1的輸出端和第二RS觸發器RS2的輸出端連接異或門XOR的輸入端，異或門XOR的輸出端連接第三驅動電路DR3和非門NOR的輸入端，非門NOR的輸出端連接第二驅動電路DR2。

2.一種利用如權利要求1所述的裝置實現的單電感雙輸出開關變換器自適應斜坡補償方法，其特征在于，包括：

在每個開關周期內，根據單電感雙輸出開關變換器的輸入電壓、第一輸出支路電壓和第二輸出支路電壓的大小不斷自動更新斜坡補償斜率，實現自適應動態調節，具體地：

在每個工作周期內，第三電壓檢測電路VS3檢測單電感雙輸出開關變換器的輸入電壓得到信號V_in，第一電壓檢測電路VS1檢測單電感雙輸出開關變換器的第一支路電壓得到信號V_oa，第二電壓檢測電路VS2檢測單電感雙輸出開關變換器的第二支路電壓得到信號V_ob，定時器CLK產生信號V_clk，將信號V_in、V_oa、V_ob、V_clk送入第一斜坡信號發生器SGC1得到信號V_sh，信號V_sh的斜坡補償斜率為：

其中，m₁為主開關管導通且第一輸出支路開關管導通時的電感電流斜率；m₂為主開關管關斷且第一輸出支路開關管導通時的電感電流斜率；m₃為主開關管關斷且第二輸出支路開關管導通時的電感電流斜率；β為穩定系數；

將信號V_sh、V_clk送入第二斜坡信號發生器SGC2得到自適應補償斜坡信號Ic；

將信號V_oa、I_c、V_ob和電流檢測電路IS輸出的信號I_L送入峰值電流控制脈沖信號發生器PCC得到信號PWM1、PWMa和PWMb，信號PWM1用于控制主開關管的導通和關斷、信號PWMa用于控制第一輸出支路開關管的導通和關斷，信號PWMb用于控制第二輸出支路開關管的導通和關斷。