[发明专利]输出电容低ESR开关变换器双缘PFM调制电压型控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子设备，尤其是一种开关变换器的控制方法及其装置。

背景技术

近年来，电力电子器件技术和电力电子变流技术不断发展，作为电力电子重要领域的开关电源技术成为应用和研究的热点。开关电源主要由开关变换器和控制器两部分构成。开关变换器又称为功率主电路，主要有降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)、正激、反激、半桥、全桥等多种拓扑结构。控制器用于监测开关变换器的工作状态，并产生控制脉冲信号控制开关管，调节供给负载的能量以稳定输出。对于同一个开关变换器，不同的控制方法使得变换器具有不同的瞬态和稳态性能。

传统的脉冲宽度调制(PWM)电压型控制是最为常见的开关变换器控制方法，其控制思想是：将变换器输出电压与基准电压进行比较得到的误差信号经过误差放大器补偿后生成控制电压，并将控制电压与固定频率锯齿波进行比较，获得脉冲控制信号，再通过驱动电路控制开关管的导通和关断，实现开关变换器输出电压的调节。近年来，越来越多的应用场合要求其供电电源具有快速瞬态响应速度和低输出电压纹波特性，一些精密电源、军用电源甚至要求输出电压纹波系数小于0.5％，这就要求其供电电源输出侧电容的等效串联电阻(ESR)值较低。传统的PWM调制电压型控制方法(含有锯齿波和误差放大器)实现简单，但因采用误差放大器，具有瞬态性能差、补偿网络设计复杂等缺点，难以满足设计要求。单环峰值电压控制方法，是含有RS触发器的PWM调制电压型控制方法之一，具有快速的负载瞬态响应能力，但是该方法依赖于输出电容的ESR，ESR太小时不能正常工作；同时，该方法在占空大于0.5时所控制的开关变换器会产生次谐波振荡，不能稳定工作。恒定导通时间调制电压型控制和恒定关断时间调制电压型控制是两种较为常见的开关变换器脉冲频率调制(PFM)电压型控制方法。传统的恒定导通时间调制电压型控制方法的基本思想是：每个开关周期开始时，开关管导通，变换器输出电压上升；经过恒定导通时间后，开关管关断，输出电压下降，当其下降至基准电压时，开关管再次导通，开始新的一个开关周期。

与含有锯齿波和误差放大器的PWM调制电压型控制相比，采用PFM调制电压型控制方法的开关变换器瞬态性能好，但稳态精度差；与含有RS触发器的PWM调制电压型控制相比，采用PFM调制电压型控制方法的开关变换器稳定性强。对于输出侧电容低ESR的开关变换器，采用含有锯齿波和误差放大器的PWM调制电压型控制方法会产生低频振荡，而采用含有RS触发器的PWM调制电压型控制和传统PFM调制电压型控制的开关变换器不能正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种输出电容低ESR开关变换器的控制方法，使之同时具有很好的瞬态性能和稳态性能，适用于输出电压低纹波的多种拓扑结构的开关变换器。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：输出电容低ESR开关变换器双缘PFM调制电压型控制方法，任意一个采样脉冲信号的开始时刻，在不影响输出电压纹波的情况下检测流过输出电容的电流，得到电流检测信号i_c，同时检测输出电压，得到输出电压检测信号V_o；将电流检测信号i_c和输出电压检测信号V_o相加得到信号V_os；电压控制信号V_c与信号V_os经过时间运算器生成可变时间，结合预设的恒定时间，再经过控制时序生成器产生由恒定时间和可变时间组成的控制时序，控制开关变换器开关管的导通与关断。

本发明所述之输出电容低ESR开关变换器双缘PFM调制电压型控制方法，预设恒定导通时间，时间运算器生成可变关断时间，控制时序生成器产生由恒定导通、关断、恒定导通组成的控制时序，或由关断、恒定导通、关断组成的控制时序。

预设恒定关断时间，时间运算器生成可变导通时间，控制时序生成器产生由恒定关断、导通、恒定关断组成的控制时序，或由导通、恒定关断、导通组成的控制时序。

电压控制信号V_c等于参考电压V_ref，或由参考电压V_ref与信号V_os经过误差放大器产生。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、与现有含有锯齿波和误差放大器的PWM调制电压型控制开关变换器相比，在输出电容低ESR情况下，本发明的输出电容低ESR开关变换器的输出电压无低频振荡，稳定性能好，稳压精度高；在负载或输入电压变化时，输出电压瞬态超调量小，调节时间短，瞬态性能好。