一種原邊反饋反激式電源變換器輸出電流的恒流控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隔離式開關(guān)電源變換器，尤其涉及一種原邊反饋反激式電源變換器輸 出電流的恒流控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著家用電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，對高效電源的需求也日益提高，引起了AC-DC電 源變換器的快速發(fā)展。電子設(shè)備的發(fā)展對于AC-DC電源變換器提出了新的指標(biāo)，設(shè)備的能 耗和控制精度成為當(dāng)前電源產(chǎn)業(yè)的關(guān)注點。在電源設(shè)計領(lǐng)域，反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡 單，成本低，寬輸入范圍等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于低功率轉(zhuǎn)換器。例如離線式充電器，LED驅(qū)動 等。隨著產(chǎn)品向小型化，低成本要求發(fā)展，原邊反饋方式被提出。但是原邊反饋的輸出電流 不直接反饋到控制環(huán)路中，因此造成了輸出電流不準(zhǔn)確。對于LED驅(qū)動來說，輸出電流精度 是其重要指標(biāo)，因此需要優(yōu)化原邊反饋方式，提高輸出電流精度。
[0003] 現(xiàn)有的一種常見的反激式開關(guān)電源變換器是一種基于原邊負(fù)反饋的電源電壓控 制電路，該電路采用副邊控制電路來控制電源電路的主開關(guān)管的開關(guān)動作，不是直接的采 樣輸出信號的反饋信號，而是在變壓器中增加了一個輔助繞組來獲得輸出信息，從而實現(xiàn) 電源電路的恒壓或者恒流輸出。
[0004] 參看圖1，所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種常見的原邊反饋反激式變換器開關(guān)電源的電路 圖。所述的開關(guān)電源變換器主要通過原邊反饋控制電路101輸出的PWM占空比波形去控制 開關(guān)電源主開關(guān)M0S管的動作來實現(xiàn)恒流輸出。具體的，如圖2,通過原邊輔助繞組處采樣 電阻分壓，得到采樣波形，經(jīng)過102得到復(fù)位時間Tr，即副邊電流從峰值降為零的時間或者 副邊電流持續(xù)時間，Tr信息由103進(jìn)行模式判斷，并由104恒流等式計算當(dāng)前的輸出電流 1〇,得出使其恒定所需要的原邊峰值電壓Vpeak和開關(guān)周期Ts，最終由105驅(qū)動得到調(diào)控開 關(guān)電源主開關(guān)的PWM波形，來實現(xiàn)恒流輸出lout的目的。
[0005] 由以上描述可知，現(xiàn)有的輸出恒流控制電路框架為101，其中包括：原邊反饋采樣 電路102,模式選擇電路103,電流估算電路104和驅(qū)動電路105。但是在實際情況中，該恒 流輸出電路的精度是有限的。比較器存在上升延遲與下降延遲，開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)閉存在時間 延遲，復(fù)位時間測量存在固有誤差，還有寄生參數(shù)等帶來的延遲，以及谷底導(dǎo)通帶來頻率的 抖動或者周期的波動，使得實際輸出電流和參考電流之間存在誤差，這些誤差會影響電流 控制器的控制精度。并且誤差值是隨輸入電壓以及負(fù)載工作情況的變化而變化的，導(dǎo)致此 恒流策略的恒流精度效果很差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有原邊反饋反激式電源的恒流精度差的缺陷，本發(fā)明提供了一種原邊反饋 反激式電源變換器輸出電流的恒流控制系統(tǒng)，通過分析影響電流精度的三個因素，進(jìn)而得 出各個因素對電流精度的影響，并在此基礎(chǔ)上對各個因素進(jìn)行補償，通過最終仿真和測試、 比較發(fā)現(xiàn)，能夠得到恒流精度為±2%的效果，從而提高反激式變換器的恒流特性，進(jìn)一步 擴(kuò)大了原邊反饋反激式開關(guān)電源在要求精確恒流領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種原邊反饋反激式電源變換 器輸出電流的恒流控制系統(tǒng)，在原邊反饋主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，通過對原邊輔助繞組上的電阻分 壓進(jìn)行采樣得到復(fù)位時間Tr，即副邊電流從峰值降為零的時間，根據(jù)復(fù)位時間Tr進(jìn)行模式 判斷后，經(jīng)過電流估算，計算出當(dāng)前的輸出電流，進(jìn)而得到使輸出電流恒定所需要的原邊峰 值電壓Vpeak和開關(guān)周期Ts，最后通過驅(qū)動模塊得到調(diào)控開關(guān)電源主開關(guān)管的PWM波形，實 現(xiàn)恒流輸出；
[0008] 其特征在于：對采樣得到的開關(guān)周期Ts和復(fù)位時間Tr分別進(jìn)行了補償修正，同時 引入了原邊峰值電流補償并結(jié)合PI補償?shù)奶幚韺崿F(xiàn)恒流逼近，最終使恒流精度得到提高； 包括復(fù)位時間Tr補償模塊、開關(guān)周期Ts補償模塊、電流估算模塊、恒流處理模塊、模式選擇 模塊、原邊峰值電流補償模塊和PWM驅(qū)動模塊，其中：
[0009] 復(fù)位時間Tr補償模塊，對原邊輔助繞組上的電阻分壓進(jìn)行采樣得到復(fù)位時間Tr 進(jìn)行補償處理，得到實際復(fù)位時間Tr，傳遞給電流估算模塊；
[0010] 開關(guān)周期Ts補償模塊，接收由原邊輔助繞組采集得到的輸出波形，通過搜索最近 的谷底，去掉延遲時間Td的影響，得到實際的Ts值；
[0011] 電流估算模塊，接收經(jīng)過復(fù)位時間Tr補償模塊處理后得到的實際的復(fù)位時間Tr 和實際的開關(guān)周期Ts，運用模式選擇模塊給出的當(dāng)前的原邊峰值電流信息Vpeak，通過計 算得到上一周期的輸出電流Ifb，傳遞給恒流處理模塊；
[0012] 恒流處理模塊，接收由電流估算模塊得到的上周期的輸出電流Ifb，通過與參考電 流值Iref比較，得到的誤差值經(jīng)過數(shù)字PI補償，輸出給模式選擇模塊；
[0013] 模式選擇模塊，接收由恒流處理模塊得到的信息，根據(jù)PI補償?shù)闹祦磉x擇控制模 式為PWM模式或者PFM模式，計算該模式下調(diào)節(jié)下一個周期占空比的峰值電流信號量Vpeak 和開關(guān)周期Ts，并將它們分別傳遞給Ts補償模和原邊峰值電流補償模塊；
[0014] 原邊峰值電流補償模塊，接收由模式選擇模塊輸出的峰值電流信號量Vpeak，結(jié)合 由占空比值DUTY計算得到采樣導(dǎo)通時間Ton，進(jìn)一步計算補償延遲時間Td，得到限定峰值 電流值Vpeakl輸出給峰值電流比較器，峰值電流比較器將限定峰值電流值Vpeakl與采樣 得到的原邊峰值電流進(jìn)行比較，比較結(jié)果輸出給RS觸發(fā)器的復(fù)位端R，RS觸發(fā)器的置位端 S受開關(guān)周期Ts補償模塊輸出的實際開關(guān)周期Ts控制；
[0015] PWM驅(qū)動模塊，接收RS觸發(fā)器的輸出信號得到PWM占空比值，經(jīng)過加強后直接輸出 到開關(guān)電源主開關(guān)管的柵極，調(diào)節(jié)下一周期的開關(guān)狀態(tài)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果：本發(fā)明在傳統(tǒng)恒流控制的基礎(chǔ)上，增加了Ts補償、Tr 補償以及原邊峰值電流補償，它們將寄生參數(shù)造成的延遲補償最小化，提高了恒流精度。同 時還結(jié)合了數(shù)字PI補償?shù)暮懔魈幚恚馆敵鲭娏鞲悠椒€(wěn)。此外，本發(fā)明恒流控制系統(tǒng)采 用了PWM和PFM兩種模式控制，優(yōu)點在于：不考慮一些補償時，在PWM模式下，導(dǎo)通時間隨著 負(fù)載的降低而減小，所以輸出電流隨著負(fù)載的降低偏離額定電流越來越大。而在PFM模式 下，導(dǎo)通時間保持不變，輸出電流偏離額定電流也保持不變。綜上所述，本發(fā)明通過三種補 償策略，結(jié)合整體的恒流處理，能夠得到恒流精度為±2%的效果，從而提高了反激式變換 器的恒流特性。
【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種常見的原邊反饋反激式變換器的電路圖；
[0018] 圖2為圖1中的內(nèi)部模塊框圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明反激式電源恒流控制系統(tǒng)整體實現(xiàn)電路圖；
[0020] 圖4為圖3中所示恒流控制電路在負(fù)載為一般輕載時的關(guān)鍵波形圖；
[0021] 圖5為圖3中所示恒流控制系統(tǒng)中Tr補償模塊處理復(fù)位時間的波形圖；
[0022] 圖6為圖3中所示恒流控制系統(tǒng)中Ts補償模塊對于谷底導(dǎo)通處理的波形圖；
[0023] 圖7為圖3中所示恒流控制系統(tǒng)中原邊峰值電流補償模塊處理延遲對原邊峰值電 流影響的波形圖；
[0024]圖8為本發(fā)明補償算法的整體流程圖；
[0025]圖9為本發(fā)明在仿真環(huán)境下加入補償與不加補償恒流精度對比圖；
[0026] 圖10為本發(fā)明實施方案在實際測試環(huán)境下加入補償與不加補償恒流精度對比 圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0028] 圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)原邊反饋恒流控制電源應(yīng)用框圖。圖中給出了反激式電源的 主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。可以看到，交流信號經(jīng)過整流器整流和濾波電容濾波后，經(jīng)過變壓器傳到副 邊，開關(guān)電源變換器通過原邊輔助繞組采集信號，經(jīng)過電阻R1，R2分壓，以及從主通路電阻 R3采集原邊峰值電流，再到