[发明专利]动态电压调节开关变换器的定频恒定通断时间控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源设备，尤其是动态电压调节开关变换器的定频恒定通断时间控制技术及其实现装置。 

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。开关电源由于具有体积小、效率高和重量轻的优点，已经在多个领域取代了线性电源，开关电源技术已经成为电力电子领域一个最为活跃的分支，并引起了电源技术研究人员的高度重视。随着科学技术日新月异的发展，电子产品的功能越来越强大，其对电源的需求也越来越高。在保证电子产品性能和功能的前提下，为了降低电子产品的功率消耗，需要根据电子产品的工作模态动态调节其工作电压。 

开关电源主要由开关变换器和控制装置两部分组成。变换器又称为功率电路，主要包括起开关作用的开关装置，变压器装置和整流滤波电路。常见的功率变换器拓扑结构有Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器、正激变换器、反激变换器等。控制器能够检测功率变换器输入或输出电压的变化，并据此产生相应开关信号控制功率变换器开关装置的工作状态，从而调节传递给负载的能量以稳定开关变换器的输出。控制器的结构和工作原理由开关变换器所采用的控制方法决定。对于某一变换器拓扑，采用不同的控制方法会对系统稳态精度和动态性能等方面产生影响，所以控制方法显得日益重要。 

传统脉冲宽度调制（PWM）技术是一种常见的开关变换器控制方法，其思想是：用误差放大器对开关变换器的输出电压与基准电压进行比较后获得误差放大信号，再与固定频率的锯齿波信号进行比较获得脉冲宽调制信号，经过驱动电路控制功率电路开关管的导通、关断，从而调整输出电压。这种控制的优点是频率恒定，便于输出滤波器的设计；但是当输入电压波动，或者负载电流突变，或者参考电压突变，由于误差放大器的存在，误差信号变化相对缓慢，因而脉冲宽度的变化也较为缓慢，这使得开关变换器的瞬态响应速度较慢。 

传统的脉冲频率调制（PFM）技术是另外一种常见的开关变换器调制方法， 包括恒定导通时间（COT）控制和恒定关断时间(CFT)控制，通过改变脉冲频率来改变驱动信号，控制功率电路开关管的导通、关断，从而调整输出电压。这种控制的优点是没有误差放大器，其瞬态响应速度相对较快；但是这种控制在输入电压、输出参考电压发生改变时，开关频率会发生较大变化，从而很难设计输出滤波器。 

发明内容

本发明的目的是提供一种动态电压调节开关变换器的控制技术——定频恒定通断时间控制。本控制技术综合PWM和PFM控制方法的优点，采用该控制技术时，开关频率恒定，不需要误差放大器及其补偿网络，瞬态响应速度快。 

本发明为解决其技术问题，所采用的技术方案为： 

动态电压调节开关变换器的定频恒定通断时间控制方法，通断定时器根据输入电压和输出参考电压产生定时信号，与由输出电压与输出参考电压比较产生的比较信号共同作用于RS触发器，产生驱动信号，控制开关变换器的功率开关管，调节开关变换器的输出电压。 

本发明方法与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

一、与传统电压型PWM控制相比，控制器没有误差放大器及其补偿网络，控制环路设计简单，输出参考电压突变时，本发明具有更快地瞬态响应速度。 

二、与传统电压型PWM控制相比，输入电压、负载电流突变时，本发明具有更快地瞬态响应速度，更小的电压超调量和更小的电压跌落量和更好的稳态性能。 

三、与传统电压型COT控制相比，输出参考电压减小时，本发明具有更小的输出电压纹波和更快瞬态响应速度，且开关频率与输出参考电压无关。 

四、与传统电压型COT控制相比，输入电压增加时，本发明具有更小的输出电压纹波，开关频率不受输入电压波动的影响。 

本发明的另一目的是提供一种实现动态电压调节开关变换器定频恒定通断时间控制技术的装置。其具体构造采用： 

定频恒定通断时间控制技术的装置由输入电压检测装置、输出电压检测装置、输出参考电压检测装置、比较器、触发器、通断定时器，以及驱动电路组成；其中：输出电压检测装置、比较器、RS触发器一个输入端顺序连接；输入电压检测装置输出端、输出参考电压检测装置输出端及RS触发器一个输出端与通断定时器输入端相连，通断定时器输出端与RS触发器另一个输入端相连；RS触发器另一输出端与驱动电路顺序连接。