偽連續工作模式開關電源的多級脈衝序列控制裝置的製作方法

2023-05-03 19:48:16 1

專利名稱：偽連續工作模式開關電源的多級脈衝序列控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關電源的控制裝置。
背景技術：
近年來，電力電子技術迅速發展，作為電力電子領域重要組成部分的電源 技術成為應用和研究的熱點。隨著電力電子器件製造技術和變流技術的進步，
開關電源確立了其在直流-直流變換中的主流地位。計算;f幾、通訊設備、電子氺企 測設備、控制設備等都廣泛採用開關電源作為供電裝置。開關電源主要由變換 器和控制器兩部分構成。變換器又稱為功率電路，主要包括開關裝置、變壓器 裝置和整流濾波電路；變換器有Buck、 Boost、正激、反激等多種拓樸結構。控 制器用於檢測變換器電路的工作狀態，並產生控制脈沖信號控制開關裝置，調 節傳遞給負載的電量以穩定輸出。控制器的結構和工作原理由電源採用的控制 方法決定。目前變換器技術已經較為成熟，控制方法及控制方法涉及的控制電 路成為影響開關電源性能的關鍵因素。現有的控制方法有電壓型、電流型等傳 統的P麵控制，也有近年出現的脈沖序列控制等新型控制方法。
脈衝序列控制方法是用控制器產生高能量控制脈沖或者低能量控制脈沖對 開關管進行控制。其具體控制方法是在每個開關周期起始時刻判斷輸出電壓
K與基準電壓L間的關係，若輸出電壓F。低於基準電壓^f，控制器將選擇佔
空比大的高能量控制脈沖作為變換器的控制信號，使開關管的導通時間長，電 感電流上升至對應的電流峰值後開關管關斷並結束該周期，輸出電壓升高；反 之將會選擇佔空比小的低能量控制脈衝，其工作情況與上述相似。脈衝序列技 術根據輸出電壓瞬時值的相對大小選擇高能量或低能量控制脈衝，具有較好的 快速響應能力。其不足之處是僅能用於控制工作在電感電流斷續模式(DCM) 的開關變換器，工作範圍受電感電流臨界條件的限制，因此不適用於大功率場 合；穩態工作時變換器輸出電壓波動幅度較大。另一種新型的多級脈沖序列控 制方法較好地解決了紋波較大的問題，但也是用於DCM變換器。為此，本申請人研製一種偽連續工作模式開關電源的多級脈沖序列控制方 法(另案專利申請中)，採用該方法可用於控制工作於偽連續模式的大功率開關 變換器，並且其動態響應好，抗幹擾能力強，適用於各種拓樸結構的變換器。
其具體作法是電壓檢測電路檢測變換器的輸出電壓V。送誤差放大器，誤差放
大器在每個開關周期起始時刻用輸出基準電壓Vref與輸出電壓V。進行比較產生誤
差電壓值AV;誤差區間判斷器對該誤差電壓值AV與設定的N (&1)個輸出電 壓的誤差區間值5n,n-l，2，…N,進行比較，根據比較結果向多級脈衝產生器輸 出控制脈衝選擇信號，其比較與選擇的規則是當AV〉^時，控制脈衝選擇信 號使多級脈衝產生器產生開關管Si的控制脈衝Pn和S2的控制脈衝P12;當 >AV〉5n， N》n〉l時，控制脈沖選擇信號使多級脈衝產生器產生開關管Si的控 制脈沖P^和S2的控制脈沖Pn2;當AV《5w時，控制脈沖選擇信號使多級脈沖產 生器產生開關管Si的控制脈沖PN+1 ,和S2的控制脈沖PN+12。再由多級脈沖產生器 MPG產生的控制脈衝P^和Pw分別通過驅動電路D比和DR2對變換器TD的開關管
S,和S2進行控制。

實用新型內容
實用新型的目的是提供一種實現偽連續工作模式開關電源的多級脈沖序列 控制方法的裝置，由變換器和控制器組成，控制器包括電壓檢測電路、電流檢 測電路、驅動電路、時鐘信號產生器，其結構特點是電壓檢測電路、誤差放 大器、誤差區間判斷器、多級脈衝產生器、驅動電路依次相連；時鐘信號產生 器與誤差區間判斷器及多級脈衝產生器相連；電流檢測電路與多級脈衝產生器 相連。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是
一、 本實用新型用於控制工作於電感電流偽連續模式(PCCM)的開關變換 器。控制器通過控制每個開關周期電感電流的峰值和谷值(或每個開關周期開 關管S,的導通時間和電感電流谷值，或每個開關周期V咖的峰值和谷值)實現調 節，控制參數可以根據變換器的工作範圍進行設置。在保持脈衝序列控制和多 級脈衝序列控制優點的同時，該控制方法可使被控變換器的工作範圍不受電感 電流臨界條件的限制，從而拓寬了應用範圍。
二、 開關周期起始時刻基準電壓Vw與變換器輸出電壓V。的差值AV決定該 周期變換器向負載傳遞能量的多少。在開關周期的起始時刻，當AV大於最高區間值5i時，表明此時輸出電壓V。跌落幅度很大，需要儘快使其回升，本實用新 型選用控制脈衝Pn和Pu對變換器的開關管S,和S2進行控制，使開關管Si的導
通時間最長，以傳遞儘可能多的能量，使輸出電壓能夠儘快回升；相反，當AV 小於最低區間值5N時，表明此時輸出電壓V。高於基準電壓Vw且幅度很大，需
要儘快使其回落，本實用新型選用控制脈衝P》n和P^2對開關管S,和S2進行控
制，使開關管s的導通時間最短，以傳遞儘可能少的能量，使輸出電壓能夠盡
快回落。可見本實用新型控制能夠在變換器受到較大擾動時，將輸出電壓迅速 重新調節至基準電壓附近，響應時間短，抗幹擾能力強。
三、輸出電壓在基準電壓附近波動時，本實用新型將採用對應的適當佔空
比的中間級控制脈衝P^和Pn2對開關管進行控制，傳遞能量適當，使輸出電壓保
持在基準電壓附近的小範圍內波動在穩態工作狀態時，本實用新型大多數工作
時間將會選擇佔空比適當且相互差值較小的中間級控制脈衝Pn,和P。2控制開關管
的狀態，各開關周期向負載傳遞的能量差異較小，使輸出電壓保持在基準電壓 附近的小範圍內波動，即電壓紋波較小。
上述的多級脈沖產生器產生控制脈衝Pm和Pn2,n=l， 2，…N+l的方法是多級
脈沖產生器在每個開關周期起始時刻，輸出P^為高電平，Pn2為低電平，變換器
中的電感電流L開始上升；電流;險測電路則同步^r測電感電流I"多級脈衝產 生器將該電流信號L與該周期的控制脈衝Pn，n=l，2,…N+l，所對應的電感電流 峰值In，n=l,2，…N+l,進行比較，當電流L上升至對應的峰值1 時，控制脈衝 P^由高電平變為低電平；電流L隨即開始下降，當lL下降至直至電流谷值Iv時，
控制脈衝Pn2由低電平變為高電平，二極體關斷，電感電流通過開關管S2續流，
直至本開關周期結束。
擾動出現時，電感電流信號會受到影響，故電感電流L上升至當前的控制
脈衝P^所對應的電流峰值In所用的時間也會相應的延長或縮短，使得該開關周 期P^信號的佔空比升高或降低以抑制擾動對變換器的影響。類似地也會對P 2 信號的佔空比產生影響。可見，這種方式除通過在擾動出現後的開關周期選擇 恰當的脈衝這一途徑抑制擾動外，還能通過開關周期內電感電流信號的反饋抑 制擾動，因此對變換器輸入端出現的擾動有很快的響應速度。這種方式還同時 實現了變換器的過流保護及多個電源並聯工作時的均流功能。
上述的多級脈衝產生器產生控制脈衝Pw和Pn2,n=l，2,…N+l的另一種方法是多級脈沖產生器在每個開關周期起始時刻，輸出P^為高電平，P^為低電平，
變換器中的電感電流L開始上升；Pm持續高電平固定時間DJ後變為低電平； 電流IJ逸即開始下降，當L下降至直至電流谷值工v時，控制脈衝P。2由低電平變 為高電平，二極體關斷，電感電流通過開關管S2續流，直至開關周期結束。
這樣產生的控制脈沖Pw的佔空比為預設的固定值，可利用現有任何可以產 生多個固定佔空比脈衝的電路實現控制。固定的佔空比也使系統抗幹擾性更強。
上述的多級脈衝產生器產生控制脈衝P^和P 2，n=l,2,…N+l的第三種方法 是多級脈衝產生器在每個開關周期起始時刻，輸出Pm為高電平，P^為低電平， 變換器中電容的等效串聯電阻(ESR)上的電壓Vesr幵始上升；電壓檢測電路則 同步檢測電壓VESR，多級脈沖產生器將該電壓信號VESR與該周期的控制脈衝 Pnl ,n=l，2,…N+l,所對應的電壓峰值Vn,n=l，2,…N+l,進行比較，當電壓V咖上 升至對應的電壓峰值Vn時，控制脈衝Pnj由高電平變為低電平；電壓V咖隨即開 始下降，當V咖下降至直至電壓谷值Vv時，控制脈沖P。2由低電平變為高電平， 二極體關斷，電感電流通過開關管SJ賣流，直至本開關周期結束。
這種多級脈沖的產生方法，多級脈衝的佔空比由輸出濾波電容的等效串聯 電阻電壓及其預設的基準值決定。在每個開關周期對輸出濾波電容等效串聯電 阻上的紋波電壓V咖進行檢測，當變換器負載端出現擾動時，該擾動會影響到紋
波電壓VESR,故Vesr上升至當前的控制脈沖PJ斤對應的輸出濾波電容的等效串聯
電阻電壓基準值K3n所用的時間也會相應的延長或縮短，使得該開關周期的佔空
比升高或降低以抑制擾動對變換器的影響。因此利用本實用新型產生多級控制 脈沖，除通過在擾動出現後的開關周期選擇恰當的脈衝這一途徑抑制擾動外， 還能通過輸出濾波電容等效串聯電阻上的紋波電壓信號的反饋抑制擾動，因此 對變換器負載端出現的擾動有很快的響應速度。
該裝置的工作過程和原理是
輸出電壓檢測電路檢測變換器的輸出電壓V。，誤差放大器在每個開關周期 起始時刻用輸出基準電壓Vw與輸出電壓V。進行比較產生誤差電壓值AV;誤差 區間判斷器對該誤差電壓值AV與設定的N個輸出電壓的誤差區間值 《，n=l,2,…N,進行比較，根據比較結果向多級脈衝產生器輸出相應的控制脈 衝選擇信號；再由多級脈衝產生器產生控制脈衝Pw和Pn2對變換器開關管Si、 S2 進行控制。
6可見，採用本實用新型可以方便可靠地實現以上方法。
上述的誤差區間判斷器的具體組成為由N個比較器DCn n=l, 2，…N以及N 個觸發器D。n-l,2，…N組成；比較器DCn的正極性端均與誤差放大器的輸出端相 連，負極性端分別接對應的誤差區間值5。信號，輸出端與觸發器D。的數據輸入 端相連；觸發器Dn的時鐘輸入端與時鐘信號產生器相連，觸發器Dn的輸出端與
多級脈衝產生器相連。
以上的誤差區間判斷器和多級脈衝產生器構造簡單，性能穩定，能夠可靠 地實現本實用新型中的誤差判斷與多級控制脈沖產生的功能。
上述的多級脈衝產生器的具體組成為產生PnJ永衝的電路由N+l個比較器 PC n=l, 2,…N+l以及N+l個觸發器RSn， n-l, 2,…N+l及N+l選1數據選擇器 (DS)組成；比較器PC 的正極性端均與變換器電感電流檢測電路(IC)的輸出端相 連，比較器P"的負極性端接對應的變換器電感電流基準值K:，其輸出端接觸發 器RSn的復位端(R)，觸發器RS。的置位端(S)與時鐘信號產生器(CPG)相連， 其輸出端(Q )接N+l選1數據選擇器(DS)的數據輸入端，N+l選1數據選擇器 (DS)輸出端接開關管S,的驅動電路(DIO。產生P^脈沖的電路由1個比較器PCv 和1個觸發器RSv組成；比較器PCv的負極性端與變換器電感電流檢測電路(IC) 的輸出端相連，比較器PCv的正極性端接電感電流谷值Kv,其輸出端接觸發器RSv 的復位端(R),觸發器RS。的置位端(S)與上述N+1選1數據選擇器(DS)輸出 端相連，觸發器RSn的輸出端(。)接開關管S2的驅動電路(DRJ。
這樣，多級脈衝產生器在每個開關周期起始時刻，輸出Pm為高電平，P^為 低電平，變換器中的電感電流It開始上升；電流檢測電路則同步檢測電感電流 Iu多級脈衝產生器將該電流信號L與該周期的控制脈沖Pnl ，n=l，2,…N+l，所 對應的電感電流峰值In,n=l, 2，…N+l，進行比較，當電流lL上升至對應的峰值In 時，控制脈沖Pm由高電平變為低電平；電流IJ逸即開始下降，當L下降至直至
電流谷值Iv時，控制脈衝Pn2由低電平變為高電平，二極體關斷，電感電流通過 開關管S2續流，直至本開關周期結束。
這樣，控制信號的佔空比由電感電流決定。這種結構的控制裝置，除通過 在擾動出現後的開關周期選擇恰當佔空比的脈衝這一途徑抑制擾動外，還能通 過開關周期內反饋的電感電流信號抑制擾動，因此對變換器輸入端出現的擾動 有很快的響應速度。這種方式還同時實現了變換器的過流保護及多個電源並聯工作時的均流功能。
這種結構的控制裝置經過簡單改動還可以用於上述的多級脈沖產生器產生 控制脈衝的第二種方法和第三種方法。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1為本實用新型實施例的信號流程圖。
圖2為本實用新型實施例一的電路結構框圖。 圖3為本實用新型實施例一的誤差區間判斷器的電路結構圖。 圖4為本實用新型實施例一的多級脈沖產生器的電^^結構圖。 圖5a為本實用新型實施例一在穩態條件下某一時段控制脈衝P^的時域仿 真波形圖。
圖5b為與圖5a同一時段控制脈衝P。2的時域仿真波形圖。
圖5c為與圖5a同一時段變換器電感電流的時域仿真波形圖。
圖5d為與圖5a同一時段變換器輸出電壓的時域仿真波形圖。
圖5仿真條件如下輸入電壓Vin=15V、輸出電壓參考值V「。產8V、電感 L-100uH、電容C-1410uF、負載阻值R-5Q、開關周期T-50iis、 Pu對應的電感電 流峰值為3. 8A、 Pu對應的電感電流峰值為3. 55A、 P31對應的電感電流峰值為 2. 9A、 Pw對應的電感電流峰值為2. 5A、電感電流谷值為2A、設定的三級誤差電 壓區間值5嚴20mV、 S產OmV、 53=—20mV。
圖6a為實施例一在負載變化(負載在20ms時刻由8Wif夭變至20W)時變換 器輸出電壓的仿真波形圖。
圖6b為現有的P観控制變換器在同樣的負載變化時，輸出電壓的仿真波形 圖。圖6仿真條件與圖5相同。
圖7a為實施例一在負載變化(負載在20ms時刻由6. 4W躍變至12. 8W)時 變換器輸出電壓的仿真波形圖。
圖7b為現有的脈衝序列控制DCM變換器在同樣的負載變化時，輸出電壓的 仿真波形圖。圖7仿真條件與圖5相同。
圖8為本實用新型實施例二的電路結構框圖。
圖9為本實用新型實施例三的電路結構框圖。
具體實施方式
實施例一
圖1示出，本實用新型的一種具體實施方式
電壓檢測電路VCC檢測變換器TD的輸出電壓V。，誤差放大器VA在每個開 關周期起始時刻用輸出基準電壓V^與輸出電壓V。進行比較產生誤差電壓值AV; 誤差區間判斷器VC對該誤差電壓值AV與設定的N=3個輸出電壓的誤差區間值 5n ，11=1,2，3,進行比較，根據比較結果向多級脈沖產生器MPG輸出相應的控制 脈衝選擇信號，其比較與選擇的規則是當AV〉5,時，誤差區間判斷器VC的輸 出信號使多級脈衝產生器MPG產生控制脈沖Pu和P2;當5々AV〉52時，輸出 信號使多級脈沖產生器MPG產生控制脈衝Pu和P22;當52>^"53時，輸出信 號使多級脈衝產生器MPG產生控制脈衝P34。P32;當AV《53時，輸出信號使多 級脈衝產生器MPG產生控制脈衝P"和P,2;再由多級脈衝產生器MPG產生的控制 脈沖P"和Pn2， n=l, 2, 3， 4分別通過驅動電路DR,和DR2對變換器TD的開關管S
和S2進行控制。
圖1還示出，多級控制脈衝P^和P。2的具體產生方式是多級脈衝產生器 MPG在每個開關周期起始時刻，輸出P^為高電平，P。2為低電平，變換器TD中的
電感電流it開始上升；電流檢測電路ic則同步檢測變換器電流:u,多級脈衝產
生器MPG將該電流L信號與該周期的控制脈沖Pnl所對應的電感電流峰值 I ，n=l，2，3, 4,進行比較，當電流L上升至對應的峰值1 時，控制脈衝P^由高電 平變為低電平；電流IJ逸即開始下降，當L下降至直至電流谷值Iv時，控制脈 衝P^由低電平變為高電平，二極體關斷，電感電流通過開關管S2續流，直至開 關周期結束。
本例採用以下的裝置，可使上述控制方法得以方^i夬捷地實現。圖2示出， 本例的開關電源的控制方法的裝置，由變換器TD和控制器組成，控制器包括電 壓檢測電路VCC、電流檢測電路IC、驅動電路DR、時鐘信號產生器CPG。電壓 檢測電路VCC、誤差放大器VA、誤差區間判斷器VC、多級脈沖產生器MPG、驅 動電路DR依次相連；時鐘信號產生器CPG與誤差區間判斷器VC及多級脈衝產 生器MPG相連；電流4全測電路IC與多級脈沖產生器MPG相連。
圖3示出，本例的誤差區間判斷器VC的具體組成為由N=3個比較器DCn n=l, 2, 3以及N-3個觸發器Dn n=l, 2， 3組成；3個比較器D"的正極性端均與誤 差放大器VA的輸出端相連，負極性端分別設定為相應的誤差區間值5n,輸出端與相應的觸發器Dn的數據輸入端相連；觸發器Dn的時鐘輸入端與時鐘信號產生 器CPG相連，觸發器Dn的輸出端Q / 5。與多級脈沖產生器MPG相連。
圖4示出，本例的多級脈衝產生器MPG為四級脈沖產生器，其具體組成為 由N+l=4個比較器PCn, n=l, 2, 3, 4以及N+l=4個觸發器RSn n=l, 2, 3, 4及4 選1數據選擇器DS組成；比較器P"的正極性端均與電流檢測電路IC的輸出端 相連，比較器P"的負極性端分別接相應的電感電流峰值In (即Pd的負極端接 電流峰值L， PC2的負極端接電流峰值I2 );其輸出端接觸發器RSn的復位端
R;觸發器RSn的置位端S與時鐘信號產生器CPG相連，輸出端Q接4選1數據 選擇器DS的數據輸入端，數據選擇器DS輸出端接驅動電路DR"
本例的4選1數據選"t奪器由兩級邏輯門組成，第一級為四個與門Gl、 G2、 G3、 G4,第二級為或門G5。多級脈沖產生器MPG中的四個觸發器RSi、 RS2、 RS3、 RS,的輸出端Q，分別相應地與Gl、 G2、 G3、 G4門相連，誤差區間判斷器VC的
輸出0,e2,込與Gl門相連，^,込,込與G2門相連，&,^,込與G3門相連，^,^"，g 與G4門相連。誤差區間判斷器VC的輸出Q,込,込，^,^,S,實際上也就是三個 觸發器D,、 D2、 D3對應的輸出端e,g。四個與門的輸出端均接或門G5的輸入端， 或門G5的輸出端與驅動電路DR相連。在實際實施時，也可以選用其它任何現 有的數據選擇器。以上為多級脈衝產生器MPG中產生P^的電路。
圖4還示出多級脈沖產生器MPG中產生P^的電路比較器PCs的負極性端 均與電流檢測電路IC的輸出端相連，正極性端接電感電流谷值Iv;其輸出端接 觸發器RSn的復位端R;觸發器RSn的置位端S與數據選擇器DS輸出端相連，輸 出端Q接驅動電路DR2。
本例的裝置其工作過程和原理是
圖1-4示出，4級脈衝發生器在每個開關周期內均產生設定的N+l-4個佔空 比依次下降的控制脈沖Pm,n-l，2，3， 4,其產生方式為在每個開關周期起始時 刻，控制器的時鐘信號產生器CPG產生的時鐘信號，使每個控制脈衝P^均為高 電平；電流檢測電路IC則同步檢測變換器TD中的電感電流L,該電流L進入4 級脈沖發生器中的四個比較器PCn，由Pa將該電流L與分別設定的控制脈沖Pnl 所對應的電感電流峰值I。 ，n=l,2,3，4 I2, 13， U進行比較；比較的具體過程 是當L上升至峰值L時，對應的控制脈沖Pm由高電平變為低電平，直至開關 周期結束。這樣，即在多級脈衝產生器的4個RSnn=l， 2， 3, 4觸發器的輸出端Q分別輸出對應佔空比依次遞減的四個(四級)控制^C衝Pu、 P21、 P31、 P41。
控制脈沖Pm的選擇圖2-4示出，任一開關周期起始時刻，電壓檢測電路 VCC檢測變換器TD的輸出電壓V。，誤差放大器VA用基準電壓Vref與輸出電壓V0 進行比較產生誤差電壓值AV。誤差區間判斷器VC對該誤差電壓值與設定的N=3 個輸出電壓的誤差區間值5 n ， n=l, 2, 3,進行比較，誤差區間判斷器VC的觸發器 Dn輸出端輸出控制脈衝選擇信號Qn/5n ，由4選1數據選擇器DS選擇出對應的控 制脈沖Pru。本例中，其選擇控制脈衝Pn更詳細的工作過程為當AV〉5,時，則 誤差區間判斷器VC的輸出信號Q,込,込均為高電平，此時4選1數據選擇器的 與門G2、 G3、 G4均被封鎖，僅有G1開通，與Gl相連的觸發器RS:輸出端Q上 的控制脈沖Pn經或門G5輸出至驅動電路DR!。當AV〈53時，gi，込,込均輸出為 低電平，Gl、 G2、 G3均被封鎖，僅有G4開通，與G4相連的觸發器RS,輸出端Q 上的控制脈沖P"經或門G5輸出至驅動電路DR,。同理，當5,AV〉5z或者52 》AV〉5 3時，由控制脈衝選擇信號(y^選通控制脈沖Pu或Pm。這樣，多級脈 衝產生器MPG即完成了產生相應控制脈沖Pm控制變換器工作的過程。
控制脈沖P。2的產生方式為在每個開關周期起始時刻，Pm為高電平，觸發 器RSs被置位，輸出端Q為低電平；當Pm變為低電平後，電感電流IL開始下降， 同時PC5的輸出信號可通過觸發器RS5輸出至驅動電路DR2;當Il下降至谷但Iv 時，Pn2由低電平變為高電平，直至開關周期結束。這樣，觸發器RS5的輸出端Q 輸出控制脈衝Pn2。
本例的變換器為Buck變換器。
用Matlab/Simulink軟體對本例進行時域仿真分析，結果如下。 圖5a、圖5b、圖5c和圖5d分別為仿真得到的控制脈衝信號Pni、控制脈衝 信號乙、電感電流L和輸出電壓V。波形。從圖5可看出，3個開關周期組成循 環周期，Pm控制脈衝序列為:P2「P3「P31。
圖6a為實施例一在負載突變(負載在20ms時刻由8W躍變至20W)時變換 器輸出電壓的仿真波形圖。圖6b為現有的P畫控制變換器在同樣的負載變化時， 輸出電壓的仿真波形圖。可見，PWM控制變換器在擾動出現後，經過約1.5ms後 才能基本恢復穩態，輸出電壓跌落近G. 2V;而同樣的條件下，採用本實用新型 進行控制時，開關電源可迅速進入新的穩態，沒有出現明顯的電壓跌落。故本 實用新型的瞬態響應能力遠優於P麗控制。圖7a為實施例一在負載突變(負載在20ms時刻由6. 4W躍變至12. 8W)時 變換器輸出電壓的仿真波形圖。圖7b為現有的脈沖序列控制DCM變換器在同樣 的負載變化時，輸出電壓的仿真波形圖。可見，加載後變換器所帶的負載已經 超過了脈衝序列控制變換器的負載上限，輸出電壓出現持續下降，變換器無法 正常工作；而同樣的條件下，採用本實用新型進行控制時，變換器仍能穩定工 作。故本實用新型控制的開關變換器工作範圍更大。 實施例二
圖8示出，本例與實施例一基本相同，不同之處是設定的輸出電壓的誤 差區間值的個數N為4個，5n ,n=l,2， 3,4，相應的控制脈衝Pnl為五個，即Pu、 P21、 P31、 P"、 P51。多級脈沖產生器MPG產生控制脈沖Pn， 11=1，2，3，4，5的方法是
多級脈沖產生器(MPG)在每個開關周期起始時刻，輸出P,u為高電平，P。2為低電 平，變換器(TD)中的電感電流L開始上升；P^持續高電平固定時間DJ後變 為低電平；電流L隨即開始下降，當lL下降至直至電流谷值Iv時，控制脈衝P^ 由低電平變為高電平，二極體關斷，電感電流通過開關管S2續流，直至開關周 期結束。
本例控制的開關電源的變換器TD為Boost變換器，如圖8所示。 實施例三
圖9示出，本例與實施例一基本相同，不同之處是設定的輸出電壓的誤 差區間值的個數N為5個，5n , n=l，2,3，4,5,相應的控制脈衝Pnl為六個，即 Pu、 P21、 P31、 P41、 P51、 P61。多級脈沖產生器MPG產生控制脈衝Pn, n=l，2, 3， 4， 5， 6 的方法是多級脈衝產生器(MPG)在每個開關周期起始時刻，輸出P^為高電平， Pn2為低電平，變換器(TD)中電容的等效串聯電阻(ESR)上的電壓V柳開始上 升；電壓檢測電路(VCC')則同步檢測電壓VESR，多級脈沖產生器(MPG)將該電壓信 號V咖與該周期的控制脈衝Pnl ，n=l，2,…N+l，所對應的電壓峰值Vn ,n=l，2,... N+l，進行比較，當電壓V咖上升至對應的峰值VJ於，控制脈衝Pm由高電平變為 低電平；電壓V咖隨即開始下降，當V咖下降至直至電流谷^直Vv時，控制脈衝P^ 由低電平變為高電平，二極體關斷，電感電流通過開關管S2續流，直至本開關 周期結束。
本例控制的開關電源的變換器TD為Buck-Boost變換器，如圖9所示。 顯然，本實用新型在實施時，可根據開關電源的實際工作狀態以及性能要求設置控制脈衝級別的數量。設置更多可供選擇的控制脈衝級別， 一般可獲得 更好的控制效果，但同時會在一定程度上增加控制器的複雜程度。
本實用新型是一種定頻控制裝置，開關電源的開關頻率由外部時鐘脈衝決 定。它可方便地用模擬器件或數字器件實現；除可用於以上實施例中的變換器
組成的開關電源外，也可用於Cuk變換器、BIFRED變換器、反激變換器、半橋 變換器、全橋變換器等多種功率電路組成開關電源。
權利要求1、一種偽連續工作模式開關電源的多級脈衝序列控制裝置，由變換器TD和控制器組成，控制器包括電壓檢測電路VCC、電流檢測電路IC、驅動電路DR、時鐘信號產生器CPG，其特徵在於所述的電壓檢測電路VCC、誤差放大器VA、誤差區間判斷器VC、多級脈衝產生器MPG、驅動電路DR依次相連；時鐘信號產生器CPG與誤差區間判斷器VC及多級脈衝產生器MPG相連；電流檢測電路IC與多級脈衝產生器MPG相連。
2、 '根據權利要求1所述的偽連續工作模式開關電源的多級脈衝序列控制裝 置，其特徵在於所述的誤差區間判斷器VC的具體組成為由N個比較器DCn， n=l,2，…N以及N個觸發器Dni^1，2,…N組成；比較器DCn的正極性端均與誤差 放大器VA的輸出端相連，負極性端分別接對應的誤差區間值5n信號，輸出端 與觸發器Dn的數據輸入端相連；觸發器D。的時鐘輸入端與時鐘信號產生器CPG 相連，觸發器A的輸出端與多級脈衝產生器MPG相連。
3、 根據權利要求1所述的偽連續工作模式開關電源的多級脈沖序列控制裝 置，其特徵在於所述的多級脈衝產生器MPG的具體組成為產生P^脈衝的電 路由N+l個比較器PCn n-l, 2,…N+l以及N+l個觸發器RSn n=l, 2，…N+l及N+l 選1數據選擇器DS組成；比較器P"的正極性端均與變換器電感電流檢測電路 IC的輸出端相連，比較器P"的負極性端接對應的變換器電感電流基準值U其 輸出端接觸發器RSj々復位端R，觸發器RSj々置位端S與時鐘信號產生器CPG 相連，其輸出端Q接N+1選1數據選擇器DS的數據輸入端，N+l選l數據選擇 器DS輸出端接開關管Si的驅動電路DR；產生P。2脈沖的電路由1個比較器PCv和 1個觸發器RSv組成；比較器PCv的負極性端與變換器電感電流檢測電路IC的輸 出端相連，比較器PCv的正極性端接電感電流谷值Iv,其輸出端接觸發器RSv的復 位端R,觸發器RSn的置位端S與上述N+l選l數據選擇器DS輸出端相連，觸發 器RSn的輸出端Q接開關管S2的驅動電路DR2。
專利摘要用於工作於偽連續模式的開關電源多級脈衝序列裝置，其結構特點是電壓檢測電路、誤差放大器、誤差區間判斷器、多級脈衝產生器、驅動電路依次相連；時鐘信號產生器與誤差區間判斷器及多級脈衝產生器相連；電流檢測電路與多級脈衝產生器相連。可實現偽連續工作模式開關電源的多級脈衝序列控制。採用該種控制裝置，變換器輸出功率不受電流臨界條件限制，輸出電壓紋波較小，動態響應好，抗幹擾能力強，適用於各種拓撲結構的變換器。
文檔編號H03K3/00GK201352762SQ200820223949
公開日2009年11月25日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者吳松榮, 周國華, 王金平, 明 秦, 許建平 申請人:西南交通大學