[发明专利]开关电源单环定频滞环控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源的控制方法及其装置。

背景技术

近年来，随着电子技术和信息技术的快速发展，开关电源成为电力电子技术领域工程应用和学术研究的热点，微处理器、通讯设备、工业控制设备、医疗器械、电动车辆等都广泛采用高性能直流开关电源作为其供电设备。

开关电源系统一般由功率主电路和控制电路组成。功率主电路(即开关变换器)主要包括开关管、整流滤波电路、隔离变压器等；开关变换器的拓扑类型有Buck、Boost、Flyback、Full-Bridge等。控制电路(即控制器)用于检测功率主电路的工作状态，并产生控制脉冲信号控制开关管，调节传递给负载的电量以保证输出稳定。控制器的结构和工作原理由电源系统所采用的控制方法决定。目前，开关变换器电路部分经过多年发展已日趋成熟，控制方法和与控制方法相关的控制电路则成为影响电源性能的关键。

高性能微处理器、超大规模集成电路等用电设备对开关电源的瞬态响应能力提出了越来越高的要求，电压型、电流型等传统的控制技术由于控制环路中存在补偿延迟环节，瞬态性能难以进一步提高。滞环控制是一种将变换器输出电压V_o限制在以基准电压V_ref为中心的滞环内的电源控制方法，其控制原理是：当输出电压V_o在某时刻下降到滞环下限V_L(V_L＜V_ref)时，控制开关管导通，电感充电，输出电压上升；当输出电压V_o上升至滞环上限V_H(V_H＞V_ref)时，开关管关断，电感放电，输出电压下降，这一状态将保持到输出电压再次下降到滞环下限，随后开始下一个开关周期。滞环控制电路中没有延迟环节，因此具有很快的瞬态响应速度。但是，滞环控制属于变频控制方法，变换器的工作状态会影响开关频率，这会给变换器滤波电路设计、EMI抑制等方面带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电源的控制方法，采用该控制方法的变换器开关频率固定，瞬态性能良好，控制电路仅需要检测变换器输出电压且不需要补偿环节，适用于各种拓扑结构的变换器。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：

开关电源的单环定频滞环控制方法，由变换器TD和控制器组成的控制装置实现单环定频滞环控制，控制器包括电压检测电路VCC、比较器AC、时钟信号产生器CPG、触发器FF、驱动电路DR；其控制方法包括：

在某一个开关周期起始的t₀时刻，开关管导通，开关变换器输出电压V_o上升；当V_o上升至基准电压V_ref时，开关管继续保持开通状态；当V_o上升至V_ref+V_E时(V_E为预设的固定电压值，V_E＞0)，开关管关断，V_o随之下降；随后，在t₀+T时刻，再次开通开关管，变换器进入下一个开关周期进行工作。

显然，上面所述的控制方法(为叙述便利我们称之第一种具体作法)中，控制器控制变换器输出电压纹波的峰值。与之对称的是，当控制器控制变换器输出电压纹波的谷值时，采用的方法与以上所述方法具有对等的逻辑顺序，其具体的控制方法(称之第二种具体作法)可表达为：

在某一个开关周期起始的t₀时刻，开关管关断，开关变换器输出电压V_o下降；当V_o下降至基准电压V_ref时，开关管继续保持关断状态；当V_o下降至V_ref-V_E时，开关管导通，V_o随之上升；随后，在t₀+T时刻，再次关断开关管，变换器进入下一个开关周期进行工作。

本发明的第一种和第二种具体作法分别通过控制变换器输出电压纹波在每个开关周期内的峰值或谷值实现控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、该方法通过控制输出电压在每个开关周期内的峰值或者谷值实现对变换器的控制。与已有的开关变换器滞环控制方法相比，采用本发明进行控制的变换器开关周期的持续时间为预设的固定值，工作频率不受变换器工作状态的影响。因此，该方法能够有效解决传统滞环控制技术存在的滤波电路设计和EMI等方面的问题。