[发明专利]一种消除开关电源次谐波振荡的方法

说明书

一种消除开关电源次谐波振荡的方法，基于包括采样模块、误差计算模块、PID模块、脉冲调制模块构成的控制系统，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环。采样模块对开关电源输出电压进行采样并计算后得到Vo，误差计算模块将参考电压Vref减去Vo，得到当前采样的误差e1，PID模块根据误差e1和PI参数值进行PID运算，得到的补偿结果V_PI输出给脉冲调制模块，脉冲调制模块输出duty对开关电源进行控制；本发明增设时间长度计算模块和次谐波消除模块，通过时间长度计算模块计算出开关不同的时间长度进而通过次谐波消除模块确定补偿函数和计算控制电流的补偿量，利用给控制电流加补偿的方法来消除次谐波振荡。

技术领域

本发明涉及开关电源变换器，在开关电源引入电流控制方法后可能会产生次谐波振荡，本发明提出一种消除开关电源次谐波振荡的方法。

背景技术

开关电源通常作为各类用电设备的电源，起到将未调整的交流或直流输入电压变换为调整后的交流或直流输出电压的作用。在开关电流控制系统中，常常会使用到诸如峰值电流控制、平均电流控制等控制方法。而由于开关电源需要适应于不同的工作条件，抗干扰能力也就显得非常重要，在引入这些控制方法后，便有可能会出现由于扰动造成的次谐波振荡。这种次谐波振荡是由于一开始电感电流的扰动(可以用ΔI_pm(n-1)来体现这个扰动的影响),经过系统的运行，一个周期之后被放大为ΔI_pm(n)＝αΔI_pm(n-1)。可以知道当α的绝对值大于1的时候，扰动会不断的增大，而由于扰动量的变化频率为开关频率的一半，所以把这种扰动造成的振荡称之为次谐波振荡。这种次谐波振荡完全是因为外加扰动产生的，和电路拓扑等无关，所以必须通过外加调节来修正。

以引入峰值电流控制的开关变换器为例，在引入峰值电流控制之后，假设峰值电流固定在I_peak，在电流上升到I_peak时将开关关断，电流开始下降，以PWM模式为例，PWM的周期时间不变，在到达周期结束的时刻，再一次打开开关，电流重新上升。在这个过程中，在工作在CCM模式的情况下，占空比D大于0.5时，如果有扰动ΔI_pm(n-1)，那么在经过一个周期之后被放大为ΔI_pm(n)＝αΔI_pm(n-1)的过程中就会出现α大于1的情况，即扰动的干扰会不断的增加，亦即会有次谐波振荡产生，所以必须增加次谐波消除模块。

在现在的传统的次谐波补偿的方法中最有效，使用最广泛也最有代表性的是斜坡补偿的方法，这种方法的具体补偿过程是通过人工增加(或减少)斜坡补偿来减小电流环在开关频率处的增益，从而使开关更慢(或更快)的关断，从而使α小于1，以此来达到减小、消除(当斜坡斜率和电感电流下降斜率相等时理论上能消除)次谐波的目的。但是斜坡补偿的实现较为困难，它的数字实现需要有高速的DAC来产生斜坡，或者是ADC来得到采样电流，这样就会使得电路成本过高且达不到减小器件大小的目的。而现在的电源管理正向着成本更低，更高效，更小更便携的方向发展，所以很有必要能找到一种不用斜坡补偿方法来消除次谐波并且实现低成本。

发明内容

为克服现有技术的局限和不足，本发明提出了一种消除开关电源次谐波振荡的方法，该方法不需要使用斜坡补偿的消除次谐波振荡的方法，相对于需要使用斜坡补偿的传统算法，可以用很简单的无ADC或快速DAC的电路，很低的成本以及很简单的算法来达到消除次谐波振荡的目的，能够提高引入了峰值电流控制或平均电流控制等电流控制方法的系统对噪声的灵敏度，使得电路的抗干扰能力更优秀。