[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

摘要

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。

主权项

1.一种提高开关电源重载切轻载动态响应的控制方法，其特征在于：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；采样模块包括采样电路和采样计算模块，采样电路通过开关电源输出分压得到输出电压的信息，采样计算模块根据该输出电压的信息，计算得到对应输出电压大小的采样电压Vo并同时输出给误差计算模块和动态控制模块；动态控制模块包括电压监测模块和开关周期计算模块，电压监测模块包含两个比较器以及一个逻辑单元，其中一个比较器用于比较采样电压Vo与采样电压Vo的设定上限值Vomax之间的大小，另一个比较器用于比较采样电压Vo与参考电压Vref之间的大小，两个比较器的比较结果分别输出给逻辑单元，逻辑单元输出模式判断结果mode_F并根据该模式判断结果mode_F确定是否采用动态模式，其中Vref＜Vomax；电压监测模块将模式判断结果mode_F分别输出给模式控制模块和开关周期计算模块，开关周期计算模块输出开关周期TS给模式控制模块，开关周期计算模块根据采样模块输出的采样电压Vo和电压监测模块输出的模式判断结果mode_F进行计算，当mode_F＝1进入动态模式时，计算下一开关周期的周期TS＝TS(n+1)，当mode_F＝0时进入正常模式时，开关周期计算模块不工作，输出开关周期TS＝TS(n+1)通过锁存保持不变；误差计算模块根据采样模块输出的采样电压Vo计算参考电压Vref减去采样电压Vo的差，即为当前采样误差，记为e1，输出给PID模块；PID模块输入为误差计算模块输出的误差信号e1、模式控制模块输出的控制信号PI_ctrl以及赋值VPIO，动态模式时，PID模块关闭，动态模式切换到正常工作模式的第一个开关周期时，首先对PID模块运算赋初值VPIO，然后进行PID运算得到补偿结果VPI输出给模式控制模块和PWM模块，之后正常工作模式的每个周期进PID运算，补偿结果VPI输出给模式控制模块和PWM模块；模式控制模块的输入分别为电压监测模块输出的模式判断结果mode_F、开关周期计算模块的输出的开关周期TS＝TS(n+1)以及PID模块的补偿结果VPI；当电压监测模块输出mode_F＝1为动态模式时，模式控制模块通过输出控制信号PI_ctrl关闭PID模块、控制PWM模块接收模式控制模块输出的动态模式的开关周期TS(n+1)与占空比DHTL或峰值电流，PWM模块此时根据动态模式的开关周期TS(n+1)与占空比DHTL或峰值电流大小产生占空比波形；当模式控制模块在跳出动态模式进入正常工作模式的第一个开关周期，模式控制模块根据此时开关周期计算模块的周期大小TS(n+1)得到对应的输出负载的大小，通过控制信号PI_ctrl开启PID模块并在PID计算前将当前采样结果赋值VPIO，VPIO为负载变化后在稳定状态时负载对应的PID模块的输出值，赋值后PID模块根据误差模块的输出误差e1进行PID运算，PID运算结果VPI反馈给模式控制模块进行正常工作模式中的模式选择与控制；当模式控制模块在跳出动态模式进入正常工作模式的第二个开关周期以及以后，PI_ctrl开启PID模块进行运算，PID模块根据误差模块的输出误差e1进行PID运算，运算结果VPI反馈给模式控制模块进行正常工作模式中的模式选择与控制，在正常工作模式中，PWM模块接收PID输出的补偿结果VPI与模式控制模块给出的正常工作模式的控制模式，该控制模式记为mode_ctrl，通过计算得到开关周期与占空比/电流信息，PWM模块此时根据该开关周期与占空比信号产生占空比波形；PWM模块包括PWM单元和驱动单元，PWM单元的输入为模式控制模块输出的PI_ctrl控制信号、动态模式的开关周期TS(n+1)与占空比DHTL或峰值电流Ip、模式控制模块在正常工作模式时的控制模式结果mode_ctrl以及PID模块的补偿结果VPI；通过PID模块补偿结果VPI与模式控制模块给出的正常工作模式的控制模式mode_ctrl信号计算得到正常控制时开关周期与占空比的信息，得到周期与占空比/峰值电流信息后，通过驱动单元输出占空比波形，对开关电源功率管的栅极实现环路控制；然后再次对开关电源的输出电压进行采样，并重复上述过程进行循环控制开关电源功率管的开通和关断，以使系统更加稳定，从而获得更高的动态响应。