[发明专利]一种提高开关电源重载切轻载动态响应的控制方法

说明书

一种提高开关电源重载切轻载动态响应的控制方法，基于包括采样模块、动态控制模块、误差计算模块、PID模块、模式控制模块以及PWM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，在开关电源输出电压超出其设定上限电压时，通过小能量的重载切轻载模式使得输出快速稳定，在重载切轻载模式中监测输出电压的变化进而计算下一开关周期的周期，并根据开关周期得到负载的大小，当跳出动态模式后，跳到对应负载点的工作状态，跳变后能量与负载稳态消耗相差不大，消除了后续的电压振荡，减小动态回复时间。

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及一种提高开关电源重载切轻载动态响应的控制方法。

技术背景

电源是各个电子设备不可或缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及其能否安全可靠的工作，而目前主流应用是开关电源(Switch Mode PowerSupply)。开关电源又称之为开关变换器，是利用现代电力电子技术，通过调整开关器件的导通比或者频率来使输出电压恒定的一种电源。

由于开关电源需要适应于不同的工作条件，对电源的动态响应的性能要求越来越高。好的动态效果要求与有小的电压变化以及电压恢复时间。举例而言在家电应用中，洗衣机的电源负载变化很快很大，这样电源输出电压引入过压与欠压，当过压与欠压过大时对洗衣机的负载伤害较大；另外在手机充电中，当充电器待机，手机突然加载，输出电压降低，当降低到电池的正常电压下，对电池有一定的伤害，因此动态性能需要提高。

在现在的电源管理中，为了使得电源有较高的效率，一般的电源选择多模式的控制方法，多模式控制方法会引入动态性能下降的问题。以5V，1A输出的反激变换器为例，当负载功耗减小时，为了减小电路损耗通常会减小开关频率。定义1A负载，为负载A，开关频率f_A为70kHz，电路具有较高的效率，0.7A负载为负载B，开关频率f_B为70kHz，0.2A负载为负载C，开关频率f_C为20kHz，0.05A负载为负载D，开关频率f_D为20kHz，负载点的开关频率选择是根据系统效率要求而选择的。当负载介于AB之间，采用PWM模式，负载介于BC之间，采用PFM模式，负载介于CD之间，采用PWM模式，记为DPWM模式，负载小于负载D时，采用PFM模式，记为DPFM模式，负载从轻到重的工作模式为DPFM-DPWM-PFM-PWM。若负载为待机时，根据假负载的大小，假定待机频率为2kHz，此时控制模式为DPFM模式，若负载突然改变为满载，输出电压以很快的速度下降，根据补偿结果控制模式将会分别经过DPWM，PFM，PWM模式，在补偿结果未达到满载的条件时，输出电压是一直在下降的，这可能造成严重电压下降，在有的条件下是无法忍受的；同样的在满载切换到轻载时，中间的模式控制过程会造成电压的持续上升，电压会产生很大的过冲。另外，在有的条件下，为了防止模式切换时，在切换点附近，控制模式在两个模式之间来回切换，从一个模式切换到另一个模式需要经过几个周期来确认需要切换模式控制，这种条件下，动态的效果会进一步降低。

此外，在一些控制中，只能在一个周期采样一次，例如在原边反馈的反激电源中，输出电压在只能在次级电流下降到零之前来采样。这样当负载由轻切重时，DPWM的开关频率低，即使PI调整很大，但为了保证稳定性，动态过程更加缓慢。

另外，有的控制方法为了加快动态响应的速度，会提高PI参数来加快补偿，以此来提高动态效果，但在多模式控制对提高动态性能效果改善不大。

现有技术还公开了一种根据斜率与负载的一一对应单调性质的关系得到负载的大小，从而得到切换后的对应的开关周期，但只能用于非谐振的常规开关电源。

因此，由于动态性能要求越来越高，多模式控制方法带来的动态问题，提出一种提高开关电源重载切轻载动态响应的控制方法。对减小电压过冲，减小动态回复时间有很好的效果，对提高电路的动态性能很有必要。

发明内容