用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置的製作方法
2023-08-07 07:34:31
專利名稱：用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子技術領域，涉及電流型開關電源的控制。更具體地說，本發明涉及 一種用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制方法。
背景技術：
在電流型開關電源控制中，峰值電感電流控制是一常用的控制方法，它用於各種 電流型開關電源控制中，例如，恆定關斷時間控制、電感電流臨界斷續控制等等。在實際應 用中這峰值電感電流並非能夠精確地控制。最常用的控制方法是由一比較器構成，即，這檢 測的電感電流信號在比較器中與一固定電壓信號相比較；當這電感電流信號大於這固定電 壓信號，這比較器由「1」變「0」，從而通過電流型開關電源的驅動電路將其功率開關關斷。 在這最常用的控制方法中，這實際被控制的峰值電流並不等於所控制的峰值電流參考值。 它與峰值電流參考值有一誤差值△ iL。它是受若干因素影響。其一是電感電流的上升率K ； 其二是比較器和驅動電路的傳遞延時時間Td和Tp ；其三是這比較器的失調電壓Voffset ； 其四是這比較器需要有一定的驅動能量，即相應的驅動電荷Q= ΔΥ· ATd/2。正是這些 因素影響，這被控制的峰值電感電流是隨著這電流型開關電源的輸入輸出電壓變化而變化 (如圖1所示)，隨著輸入電壓增加，電感電流的上升率K增加。相對固定的傳遞延時時間 Td和Tp，所對應的誤差值AiL也增加。從而使得這電流型開關電源的輸出電流隨著其輸 入輸出電壓變化而變化。顯然，要使這誤差值AiL減小，這比較器和驅動器的傳遞延時時 間Td和Tp必須減小。在實際系統實現中，要大幅度地減小這比較器和驅動器的傳遞延時 時間Td和Tp是相當困難的。在眾多電流型開關電源應用中，其平均輸出電流需要獨立於其輸入輸出電壓變 化。如在發光二極體驅動應用中，這平均輸出電流的精度要求能在5%以內。在電感電流臨 界斷續控制中，這電感電流的平均輸出電流是峰值電感電流的二分之一。要能夠使這電感 電流的平均輸出電流精度能在5 %以內，這需要將這峰值電感電流控制在相應的精度以內。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用於開關電源的高精度電感峰值電流的控 制裝置及相應的控制方法，本發明能解決已有的峰值電感電流控制方法不適用於開關電源 的恆流應用問題。本發明是由峰值電流發生器，峰值電流檢測器，峰值誤差校正放大器，峰值電流控 制器及MOSFET驅動器組成；峰值電流發生器根據所需控制的輸出電流設置產生相應的峰 值電流參考值；峰值電流檢測器用於檢測實際的電感峰值電流；峰值誤差校正放大器用於 校正放大誤差，即，將檢測的實際電感峰值電流與相應的峰值電流參考值之差的誤差加以 校正放大並作為峰值電流控制器的控制電壓；峰值電流控制器是將檢測的實際電感電流 與峰值誤差校正放大器的輸出比較以確定產生相應的PWM控制信號；這PWM控制信號經 MOSFET驅動器功率放大，以控制MOSFET導通和關斷。
峰值電流檢測器是由一個峰值檢波器和採樣保持器組成。峰值檢波器是用於採集 實際峰值電感電流值，而採樣保持器是在功率開關關斷期間採樣保持峰值檢波器的輸出， 這樣採樣保持器的輸出是一隨峰值電感電流變化的信號電壓。峰值誤差校正放大器是由誤差PID放大器組成。峰值電流控制器是可由一般比較器組成。目前現有的眾多電流型開關電源應用中，其輸出電流必須具有恆流功能；而本發 明能解決已有的峰值電感電流控制方法不適用於開關電源的恆流應用問題。本發明的優點是可以高精度地控制開關變換器的電感電流峰值。本發明的優點是能夠自動補償由於電感電流的上升率、比較器和驅動電路的傳遞 延時時間和比較器的失調電壓所造成的誤差。本發明的優點是由於自動誤差的校正補償功能，而大大地減少對於比較器和驅動 電路的性能要求，從而降低系統實現成本。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是已有開關電源峰值電感電流控制方法及相應的誤差；圖1中1-—比較器；2—驅動器。圖2是本發明用於開關電源的高精度峰值電感電流控制方法構成的方框圖；圖2中1峰值電流發生器；2峰值電流檢測器；3峰值誤差校正放大 器；4-—峰值電流控制器；5――MOSFET驅動器。圖3是本發明用於開關電源的高精度峰值電感電流控制方法具體實例電路圖；圖3中1峰值電流發生器；2峰值電流檢測器(2-1峰值檢波器；2-2採 樣保持器)；3峰值誤差校正放大器；4—峰值電流控制器；5MOSFET驅動器。圖4是本發明用於開關電源的高精度峰值電感電流控制方法具體實例的時域波 形圖。
具體實施例方式實施例1、一種用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置，如圖2所示， 是由峰值電流發生器1、峰值電流檢測器2、峰值誤差校正放大器3、峰值電流控制器4及 MOSFET驅動器5組成。峰值電流發生器1根據所需控制的輸出電流設置產生相應的峰值電流參考值作 為峰值誤差校正放大器3的一輸入端控制信號；峰值電流檢測器2用於檢測實際的電感峰 值電流其輸出為峰值誤差校正放大器3的另一輸入端信號；峰值誤差校正放大器3用於校 正放大誤差，即，將檢測的實際電感峰值電流信號與相應的峰值電流參考值之差的誤差加 以校正放大並作為峰值電流控制器4的控制電壓；峰值電流控制器4是將檢測的實際電感 電流與峰值誤差校正放大器的輸出比較以確定產生相應的PWM控制信號；這PWM控制信號 經MOSFET驅動器5功率放大，以控制MOSFET導通和關斷。上述用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置的具體實例電路圖如圖3 所示，其中峰值電流檢測器2是由峰值檢波器2-1和採樣保持器2-2構成，其中採樣保持器2-2是在功率開關關斷期間採樣保持峰值檢波器2-1的輸出，這樣採樣保持器2-2的輸出 是一隨峰值電感電流變化的信號電壓。峰值誤差校正放大器3是由一般的運算放大器加補 償網絡(如圖中所示的電阻電容所構成)組成。峰值電流控制器1是由一般比較器構成， 其一端輸入是所檢測的電感電流信號ViL，而另一端輸入是峰值誤差校正放大器3的輸出 Vref_Co可見本發明的開關電源高精度峰值電感電流控制器，由於其閉環調節功能可以使 用一般低成本的功能塊來實現開關電源的高精度峰值電感電流控制。其時域波形圖如圖4所示。注意峰值電流控制器1的輸出變化時刻，即，比較器信 號關斷時刻，電感電流達到Vref_c並沒有達到其峰值Vref。電感電流還要經過峰值電流控 制器4的比較器和MOSFET驅動器5的傳遞延時時間Td和Tp才能達到其峰值Vref。正由 於峰值誤差校正放大器3的作用，通過不斷地檢測比較實際峰值電感電流與設定峰值電感 電流Vref的誤差來校正實際峰值電流控制器1的動作電平Vref_c，從而使電感電流的峰值 電流可以非常接近於峰值電流參考值Vref。由於峰值誤差校正放大器的積分作用，可使得 所對應的靜態誤差值△ iL相當小，並且當峰值誤差校正放大器3的帶寬遠大於輸入電壓變 化的頻率，所對應的誤差值AiL基本不隨其輸入電壓變化而變化，S卩，這峰值誤差校正放 大器3能夠補償由於電感電流的上升率、峰值電流控制器4的比較器和MOSFET驅動器5的 傳遞延時時間和比較器的失調電壓所造成的誤差。由於自動誤差的校正補償功能，而大大 地減少對於峰值電流控制器4的比較器和MOSFET驅動器5的性能要求，從而降低系統實現 成本。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限 於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導 出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
一種用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置，其特徵是由峰值電流發生器(1)、峰值電流檢測器(2)、峰值誤差校正放大器(3)、峰值電流控制器(4)及MOSFET驅動器(5)組成；峰值電流發生器(1)根據所需控制的輸出電流設置產生相應的峰值電流參考值作為峰值誤差校正放大器(3)的一輸入端控制信號；峰值電流檢測器(2)用於檢測實際的電感峰值電流其輸出為峰值誤差校正放大器(3)的另一輸入端信號；峰值誤差校正放大器(3)用於校正放大誤差，即，將檢測的實際電感峰值電流信號與相應的峰值電流參考值之差的誤差加以校正放大並作為峰值電流控制器(4)的控制電壓；峰值電流控制器(4)是將檢測的實際電感電流與峰值誤差校正放大器的輸出比較以確定產生相應的PWM控制信號；這PWM控制信號經MOSFET驅動器(5)功率放大，以控制MOSFET導通和關斷。
2.根據權利要求1所述的用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置，其特徵 是所述峰值電流檢測器(2)可以由一個峰值檢波器(2-1)和採樣保持器(2-2)組成；峰值 檢波器(2-1)是用於採集實際峰值電感電流值，而採樣保持器(2-2)是在功率開關關斷期 間採樣保持峰值檢波器(2-1)的輸出，這樣採樣保持器(2-2)的輸出是一隨峰值電感電流 變化的信號電壓。
3.根據權利要求1或2所述的用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置，其特 徵是所述峰值誤差校正放大器(3)可以為常規誤差PID放大器。
4.根據權利要求3所述的用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置，其特徵 是所述峰值電流控制器(4)可以由常規比較器組成。
全文摘要
本發明公開了一種用於開關電源的高精度峰值電感電流的控制裝置，由峰值電流發生器(1)等組成；峰值電流發生器(1)根據所需控制的輸出電流設置產生相應的峰值電流參考值作為峰值誤差校正放大器(3)的一輸入端控制信號；峰值電流檢測器(2)用於檢測實際的電感峰值電流其輸出為峰值誤差校正放大器(3)的另一輸入端信號；峰值誤差校正放大器(3)用於校正放大誤差；峰值電流控制器(4)是將檢測的實際電感電流與峰值誤差校正放大器的輸出比較以確定產生相應的PWM控制信號；PWM控制信號經MOSFET驅動器(5)功率放大，以控制MOSFET導通和關斷。本發明能解決已有的峰值電感電流控制方法不適用於開關電源的恆流應用問題。
文檔編號H02M3/158GK101917120SQ20101023466
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月22日 優先權日2010年7月22日
發明者翁大豐 申請人:魏其萃