專利名稱：偽連續(xù)工作模式開關(guān)電源的多級脈沖序列控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)電源的控制裝置。
背景技術(shù)：
近年來，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，作為電力電子領(lǐng)域重要組成部分的電源 技術(shù)成為應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)。隨著電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)的進(jìn)步，
開關(guān)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(shè)備、電子氺企 測設(shè)備、控制設(shè)備等都廣泛采用開關(guān)電源作為供電裝置。開關(guān)電源主要由變換 器和控制器兩部分構(gòu)成。變換器又稱為功率電路，主要包括開關(guān)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(jié)構(gòu)?？?制器用于檢測變換器電路的工作狀態(tài)，并產(chǎn)生控制脈沖信號控制開關(guān)裝置，調(diào) 節(jié)傳遞給負(fù)載的電量以穩(wěn)定輸出?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)和工作原理由電源采用的控制 方法決定。目前變換器技術(shù)已經(jīng)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(guān)電源性能的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的控制方法有電壓型、電流型等傳 統(tǒng)的P麵控制，也有近年出現(xiàn)的脈沖序列控制等新型控制方法。
脈沖序列控制方法是用控制器產(chǎn)生高能量控制脈沖或者低能量控制脈沖對 開關(guān)管進(jìn)行控制。其具體控制方法是在每個開關(guān)周期起始時刻判斷輸出電壓
K與基準(zhǔn)電壓L間的關(guān)系，若輸出電壓F。低于基準(zhǔn)電壓^f，控制器將選擇占
空比大的高能量控制脈沖作為變換器的控制信號，使開關(guān)管的導(dǎo)通時間長，電 感電流上升至對應(yīng)的電流峰值后開關(guān)管關(guān)斷并結(jié)束該周期，輸出電壓升高；反 之將會選擇占空比小的低能量控制脈沖，其工作情況與上述相似。脈沖序列技 術(shù)根據(jù)輸出電壓瞬時值的相對大小選擇高能量或低能量控制脈沖，具有較好的 快速響應(yīng)能力。其不足之處是僅能用于控制工作在電感電流斷續(xù)模式(DCM) 的開關(guān)變換器，工作范圍受電感電流臨界條件的限制，因此不適用于大功率場 合；穩(wěn)態(tài)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，但也是用于DCM變換器。為此，本申請人研制一種偽連續(xù)工作模式開關(guān)電源的多級脈沖序列控制方 法(另案專利申請中)，采用該方法可用于控制工作于偽連續(xù)模式的大功率開關(guān) 變換器，并且其動態(tài)響應(yīng)好，抗干擾能力強(qiáng)，適用于各種拓樸結(jié)構(gòu)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(guān)周期起始時刻用輸出基準(zhǔn)電壓Vref與輸出電壓V。進(jìn)行比較產(chǎn)生誤
差電壓值A(chǔ)V;誤差區(qū)間判斷器對該誤差電壓值A(chǔ)V與設(shè)定的N (&1)個輸出電 壓的誤差區(qū)間值5n,n-l，2，…N,進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果向多級脈沖產(chǎn)生器輸 出控制脈沖選擇信號，其比較與選擇的規(guī)則是當(dāng)AV〉^時，控制脈沖選擇信 號使多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生開關(guān)管Si的控制脈沖Pn和S2的控制脈沖P12;當(dāng) >AV〉5n， N》n〉l時，控制脈沖選擇信號使多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生開關(guān)管Si的控 制脈沖P^和S2的控制脈沖Pn2;當(dāng)AV《5w時，控制脈沖選擇信號使多級脈沖產(chǎn) 生器產(chǎn)生開關(guān)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(chǎn)生器 MPG產(chǎn)生的控制脈沖P^和Pw分別通過驅(qū)動電路D比和DR2對變換器TD的開關(guān)管
S,和S2進(jìn)行控制。

實(shí)用新型內(nèi)容
實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)偽連續(xù)工作模式開關(guān)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(qū)動電路、時鐘信號產(chǎn)生器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電壓檢測電路、誤差放 大器、誤差區(qū)間判斷器、多級脈沖產(chǎn)生器、驅(qū)動電路依次相連；時鐘信號產(chǎn)生 器與誤差區(qū)間判斷器及多級脈沖產(chǎn)生器相連；電流檢測電路與多級脈沖產(chǎn)生器 相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是
一、 本實(shí)用新型用于控制工作于電感電流偽連續(xù)模式(PCCM)的開關(guān)變換 器?？刂破魍ㄟ^控制每個開關(guān)周期電感電流的峰值和谷值(或每個開關(guān)周期開 關(guān)管S,的導(dǎo)通時間和電感電流谷值，或每個開關(guān)周期V咖的峰值和谷值)實(shí)現(xiàn)調(diào) 節(jié)，控制參數(shù)可以根據(jù)變換器的工作范圍進(jìn)行設(shè)置。在保持脈沖序列控制和多 級脈沖序列控制優(yōu)點(diǎn)的同時，該控制方法可使被控變換器的工作范圍不受電感 電流臨界條件的限制，從而拓寬了應(yīng)用范圍。
二、 開關(guān)周期起始時刻基準(zhǔn)電壓Vw與變換器輸出電壓V。的差值A(chǔ)V決定該 周期變換器向負(fù)載傳遞能量的多少。在開關(guān)周期的起始時刻，當(dāng)AV大于最高區(qū)間值5i時，表明此時輸出電壓V。跌落幅度很大，需要盡快使其回升，本實(shí)用新 型選用控制脈沖Pn和Pu對變換器的開關(guān)管S,和S2進(jìn)行控制，使開關(guān)管Si的導(dǎo)
通時間最長，以傳遞盡可能多的能量，使輸出電壓能夠盡快回升；相反，當(dāng)AV 小于最低區(qū)間值5N時，表明此時輸出電壓V。高于基準(zhǔn)電壓Vw且幅度很大，需
要盡快使其回落，本實(shí)用新型選用控制脈沖P》n和P^2對開關(guān)管S,和S2進(jìn)行控
制，使開關(guān)管s的導(dǎo)通時間最短，以傳遞盡可能少的能量，使輸出電壓能夠盡
快回落?？梢姳緦?shí)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(diào)節(jié)至基準(zhǔn)電壓附近，響應(yīng)時間短，抗干擾能力強(qiáng)。
三、輸出電壓在基準(zhǔn)電壓附近波動時，本實(shí)用新型將采用對應(yīng)的適當(dāng)占空
比的中間級控制脈沖P^和Pn2對開關(guān)管進(jìn)行控制，傳遞能量適當(dāng)，使輸出電壓保
持在基準(zhǔn)電壓附近的小范圍內(nèi)波動在穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)時，本實(shí)用新型大多數(shù)工作
時間將會選擇占空比適當(dāng)且相互差值較小的中間級控制脈沖Pn,和P。2控制開關(guān)管
的狀態(tài)，各開關(guān)周期向負(fù)載傳遞的能量差異較小，使輸出電壓保持在基準(zhǔn)電壓 附近的小范圍內(nèi)波動，即電壓紋波較小。
上述的多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生控制脈沖Pm和Pn2,n=l， 2，…N+l的方法是多級
脈沖產(chǎn)生器在每個開關(guān)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"多級脈沖產(chǎn) 生器將該電流信號L與該周期的控制脈沖Pn，n=l，2,…N+l，所對應(yīng)的電感電流 峰值In，n=l,2，…N+l,進(jìn)行比較，當(dāng)電流L上升至對應(yīng)的峰值1 時，控制脈沖 P^由高電平變?yōu)榈碗娖?；電流L隨即開始下降，當(dāng)lL下降至直至電流谷值Iv時，
控制脈沖Pn2由低電平變?yōu)楦唠娖剑O管關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)管S2續(xù)流，
直至本開關(guān)周期結(jié)束。
擾動出現(xiàn)時，電感電流信號會受到影響，故電感電流L上升至當(dāng)前的控制
脈沖P^所對應(yīng)的電流峰值In所用的時間也會相應(yīng)的延長或縮短，使得該開關(guān)周 期P^信號的占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 信號的占空比產(chǎn)生影響?？梢?，這種方式除通過在擾動出現(xiàn)后的開關(guān)周期選擇 恰當(dāng)?shù)拿}沖這一途徑抑制擾動外，還能通過開關(guān)周期內(nèi)電感電流信號的反饋抑 制擾動，因此對變換器輸入端出現(xiàn)的擾動有很快的響應(yīng)速度。這種方式還同時 實(shí)現(xiàn)了變換器的過流保護(hù)及多個電源并聯(lián)工作時的均流功能。
上述的多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生控制脈沖Pw和Pn2,n=l，2,…N+l的另一種方法是多級脈沖產(chǎn)生器在每個開關(guān)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(xù)高電平固定時間DJ后變?yōu)榈碗娖剑?電流IJ逸即開始下降，當(dāng)L下降至直至電流谷值工v時，控制脈沖P。2由低電平變 為高電平，二極管關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)管S2續(xù)流，直至開關(guān)周期結(jié)束。
這樣產(chǎn)生的控制脈沖Pw的占空比為預(yù)設(shè)的固定值，可利用現(xiàn)有任何可以產(chǎn) 生多個固定占空比脈沖的電路實(shí)現(xiàn)控制。固定的占空比也使系統(tǒng)抗干擾性更強(qiáng)。
上述的多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生控制脈沖P^和P 2，n=l,2,…N+l的第三種方法 是多級脈沖產(chǎn)生器在每個開關(guān)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(lián)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(chǎn)生器將該電壓信號VESR與該周期的控制脈沖 Pnl ,n=l，2,…N+l,所對應(yīng)的電壓峰值Vn,n=l，2,…N+l,進(jìn)行比較，當(dāng)電壓V咖上 升至對應(yīng)的電壓峰值Vn時，控制脈沖Pnj由高電平變?yōu)榈碗娖?；電壓V咖隨即開 始下降，當(dāng)V咖下降至直至電壓谷值Vv時，控制脈沖P。2由低電平變?yōu)楦唠娖剑?二極管關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)管SJ賣流，直至本開關(guān)周期結(jié)束。
這種多級脈沖的產(chǎn)生方法，多級脈沖的占空比由輸出濾波電容的等效串聯(lián) 電阻電壓及其預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值決定。在每個開關(guān)周期對輸出濾波電容等效串聯(lián)電 阻上的紋波電壓V咖進(jìn)行檢測，當(dāng)變換器負(fù)載端出現(xiàn)擾動時，該擾動會影響到紋
波電壓VESR,故Vesr上升至當(dāng)前的控制脈沖PJ斤對應(yīng)的輸出濾波電容的等效串聯(lián)
電阻電壓基準(zhǔn)值K3n所用的時間也會相應(yīng)的延長或縮短，使得該開關(guān)周期的占空
比升高或降低以抑制擾動對變換器的影響。因此利用本實(shí)用新型產(chǎn)生多級控制 脈沖，除通過在擾動出現(xiàn)后的開關(guān)周期選擇恰當(dāng)?shù)拿}沖這一途徑抑制擾動外， 還能通過輸出濾波電容等效串聯(lián)電阻上的紋波電壓信號的反饋抑制擾動，因此 對變換器負(fù)載端出現(xiàn)的擾動有很快的響應(yīng)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(guān)周期 起始時刻用輸出基準(zhǔn)電壓Vw與輸出電壓V。進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差電壓值A(chǔ)V;誤差 區(qū)間判斷器對該誤差電壓值A(chǔ)V與設(shè)定的N個輸出電壓的誤差區(qū)間值 《，n=l,2,…N,進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果向多級脈沖產(chǎn)生器輸出相應(yīng)的控制脈 沖選擇信號；再由多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生控制脈沖Pw和Pn2對變換器開關(guān)管Si、 S2 進(jìn)行控制。
6可見，采用本實(shí)用新型可以方便可靠地實(shí)現(xiàn)以上方法。
上述的誤差區(qū)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(fā)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(fù)極性端分別接對應(yīng)的誤差區(qū)間值5。信號，輸出端與觸發(fā)器D。的數(shù)據(jù)輸入 端相連；觸發(fā)器Dn的時鐘輸入端與時鐘信號產(chǎn)生器相連，觸發(fā)器Dn的輸出端與
多級脈沖產(chǎn)生器相連。
以上的誤差區(qū)間判斷器和多級脈沖產(chǎn)生器構(gòu)造簡單，性能穩(wěn)定，能夠可靠 地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型中的誤差判斷與多級控制脈沖產(chǎn)生的功能。
上述的多級脈沖產(chǎn)生器的具體組成為產(chǎn)生PnJ永沖的電路由N+l個比較器 PC n=l, 2,…N+l以及N+l個觸發(fā)器RSn， n-l, 2,…N+l及N+l選1數(shù)據(jù)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(fù)極性端接對應(yīng)的變換器電感電流基準(zhǔn)值K:，其輸出端接觸發(fā) 器RSn的復(fù)位端(R)，觸發(fā)器RS。的置位端(S)與時鐘信號產(chǎn)生器(CPG)相連， 其輸出端(Q )接N+l選1數(shù)據(jù)選擇器(DS)的數(shù)據(jù)輸入端，N+l選1數(shù)據(jù)選擇器 (DS)輸出端接開關(guān)管S,的驅(qū)動電路(DIO。產(chǎn)生P^脈沖的電路由1個比較器PCv 和1個觸發(fā)器RSv組成；比較器PCv的負(fù)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(fā)器RSv 的復(fù)位端(R),觸發(fā)器RS。的置位端(S)與上述N+1選1數(shù)據(jù)選擇器(DS)輸出 端相連，觸發(fā)器RSn的輸出端(。)接開關(guān)管S2的驅(qū)動電路(DRJ。
這樣，多級脈沖產(chǎn)生器在每個開關(guān)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多級脈沖產(chǎn)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(yīng)的電感電流峰值In,n=l, 2，…N+l，進(jìn)行比較，當(dāng)電流lL上升至對應(yīng)的峰值In 時，控制脈沖Pm由高電平變?yōu)榈碗娖?；電流IJ逸即開始下降，當(dāng)L下降至直至
電流谷值Iv時，控制脈沖Pn2由低電平變?yōu)楦唠娖?，二極管關(guān)斷，電感電流通過 開關(guān)管S2續(xù)流，直至本開關(guān)周期結(jié)束。
這樣，控制信號的占空比由電感電流決定。這種結(jié)構(gòu)的控制裝置，除通過 在擾動出現(xiàn)后的開關(guān)周期選擇恰當(dāng)占空比的脈沖這一途徑抑制擾動外，還能通 過開關(guān)周期內(nèi)反饋的電感電流信號抑制擾動，因此對變換器輸入端出現(xiàn)的擾動 有很快的響應(yīng)速度。這種方式還同時實(shí)現(xiàn)了變換器的過流保護(hù)及多個電源并聯(lián)工作時的均流功能。
這種結(jié)構(gòu)的控制裝置經(jīng)過簡單改動還可以用于上述的多級脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生 控制脈沖的第二種方法和第三種方法。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的信號流程圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一的電路結(jié)構(gòu)框圖。 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一的誤差區(qū)間判斷器的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一的多級脈沖產(chǎn)生器的電^^結(jié)構(gòu)圖。 圖5a為本實(shí)用新型實(shí)施例一在穩(wěn)態(tài)條件下某一時段控制脈沖P^的時域仿 真波形圖。
圖5b為與圖5a同一時段控制脈沖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(chǎn)8V、電感 L-100uH、電容C-1410uF、負(fù)載阻值R-5Q、開關(guān)周期T-50iis、 Pu對應(yīng)的電感電 流峰值為3. 8A、 Pu對應(yīng)的電感電流峰值為3. 55A、 P31對應(yīng)的電感電流峰值為 2. 9A、 Pw對應(yīng)的電感電流峰值為2. 5A、電感電流谷值為2A、設(shè)定的三級誤差電 壓區(qū)間值5嚴(yán)20mV、 S產(chǎn)OmV、 53=—20mV。
圖6a為實(shí)施例一在負(fù)載變化(負(fù)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(xiàn)有的P観控制變換器在同樣的負(fù)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(shí)施例一在負(fù)載變化(負(fù)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(xiàn)有的脈沖序列控制DCM變換器在同樣的負(fù)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(shí)用新型實(shí)施例二的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例三的電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
圖1示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)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(guān)周期起始時刻用輸出基準(zhǔn)電壓V^與輸出電壓V。進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差電壓值A(chǔ)V; 誤差區(qū)間判斷器VC對該誤差電壓值A(chǔ)V與設(shè)定的N=3個輸出電壓的誤差區(qū)間值 5n ，11=1,2，3,進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果向多級脈沖產(chǎn)生器MPG輸出相應(yīng)的控制 脈沖選擇信號，其比較與選擇的規(guī)則是當(dāng)AV〉5,時，誤差區(qū)間判斷器VC的輸 出信號使多級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生控制脈沖Pu和P2;當(dāng)5々AV〉52時，輸出 信號使多級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生控制脈沖Pu和P22;當(dāng)52>^"53時，輸出信 號使多級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生控制脈沖P34。P32;當(dāng)AV《53時，輸出信號使多 級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生控制脈沖P"和P,2;再由多級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生的控制 脈沖P"和Pn2， n=l, 2, 3， 4分別通過驅(qū)動電路DR,和DR2對變換器TD的開關(guān)管S
和S2進(jìn)行控制。
圖1還示出，多級控制脈沖P^和P。2的具體產(chǎn)生方式是多級脈沖產(chǎn)生器 MPG在每個開關(guān)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,多級脈沖產(chǎn)
生器MPG將該電流L信號與該周期的控制脈沖Pnl所對應(yīng)的電感電流峰值 I ，n=l，2，3, 4,進(jìn)行比較，當(dāng)電流L上升至對應(yīng)的峰值1 時，控制脈沖P^由高電 平變?yōu)榈碗娖?；電流IJ逸即開始下降，當(dāng)L下降至直至電流谷值Iv時，控制脈 沖P^由低電平變?yōu)楦唠娖?，二極管關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)管S2續(xù)流，直至開 關(guān)周期結(jié)束。
本例采用以下的裝置，可使上述控制方法得以方^i夬捷地實(shí)現(xiàn)。圖2示出， 本例的開關(guān)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(qū)動電路DR、時鐘信號產(chǎn)生器CPG。電壓 檢測電路VCC、誤差放大器VA、誤差區(qū)間判斷器VC、多級脈沖產(chǎn)生器MPG、驅(qū) 動電路DR依次相連；時鐘信號產(chǎn)生器CPG與誤差區(qū)間判斷器VC及多級脈沖產(chǎn) 生器MPG相連；電流4全測電路IC與多級脈沖產(chǎn)生器MPG相連。
圖3示出，本例的誤差區(qū)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(fā)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(fù)極性端分別設(shè)定為相應(yīng)的誤差區(qū)間值5n,輸出端與相應(yīng)的觸發(fā)器Dn的數(shù)據(jù)輸入端相連；觸發(fā)器Dn的時鐘輸入端與時鐘信號產(chǎn)生 器CPG相連，觸發(fā)器Dn的輸出端Q / 5。與多級脈沖產(chǎn)生器MPG相連。
圖4示出，本例的多級脈沖產(chǎn)生器MPG為四級脈沖產(chǎn)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(fā)器RSn n=l, 2, 3, 4及4 選1數(shù)據(jù)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(fù)極性端分別接相應(yīng)的電感電流峰值In (即Pd的負(fù)極端接 電流峰值L， PC2的負(fù)極端接電流峰值I2 );其輸出端接觸發(fā)器RSn的復(fù)位端
R;觸發(fā)器RSn的置位端S與時鐘信號產(chǎn)生器CPG相連，輸出端Q接4選1數(shù)據(jù) 選擇器DS的數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)選擇器DS輸出端接驅(qū)動電路DR"
本例的4選1數(shù)據(jù)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(chǎn)生器MPG中的四個觸發(fā)器RSi、 RS2、 RS3、 RS,的輸出端Q，分別相應(yīng)地與Gl、 G2、 G3、 G4門相連，誤差區(qū)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(qū)間判斷器VC的輸出Q,込,込，^,^,S,實(shí)際上也就是三個 觸發(fā)器D,、 D2、 D3對應(yīng)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(qū)動電路DR相連。在實(shí)際實(shí)施時，也可以選用其它任何現(xiàn) 有的數(shù)據(jù)選擇器。以上為多級脈沖產(chǎn)生器MPG中產(chǎn)生P^的電路。
圖4還示出多級脈沖產(chǎn)生器MPG中產(chǎn)生P^的電路比較器PCs的負(fù)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(fā)器RSn的復(fù)位端R;觸發(fā)器RSn的置位端S與數(shù)據(jù)選擇器DS輸出端相連，輸 出端Q接驅(qū)動電路DR2。
本例的裝置其工作過程和原理是
圖1-4示出，4級脈沖發(fā)生器在每個開關(guān)周期內(nèi)均產(chǎn)生設(shè)定的N+l-4個占空 比依次下降的控制脈沖Pm,n-l，2，3， 4,其產(chǎn)生方式為在每個開關(guān)周期起始時 刻，控制器的時鐘信號產(chǎn)生器CPG產(chǎn)生的時鐘信號，使每個控制脈沖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(jìn)入4 級脈沖發(fā)生器中的四個比較器PCn，由Pa將該電流L與分別設(shè)定的控制脈沖Pnl 所對應(yīng)的電感電流峰值I。 ，n=l,2,3，4 I2, 13， U進(jìn)行比較；比較的具體過程 是當(dāng)L上升至峰值L時，對應(yīng)的控制脈沖Pm由高電平變?yōu)榈碗娖?，直至開關(guān) 周期結(jié)束。這樣，即在多級脈沖產(chǎn)生器的4個RSnn=l， 2， 3, 4觸發(fā)器的輸出端Q分別輸出對應(yīng)占空比依次遞減的四個(四級)控制^C沖Pu、 P21、 P31、 P41。
控制脈沖Pm的選擇圖2-4示出，任一開關(guān)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(zhǔn)電壓Vref與輸出電壓V0 進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差電壓值A(chǔ)V。誤差區(qū)間判斷器VC對該誤差電壓值與設(shè)定的N=3 個輸出電壓的誤差區(qū)間值5 n ， n=l, 2, 3,進(jìn)行比較，誤差區(qū)間判斷器VC的觸發(fā)器 Dn輸出端輸出控制脈沖選擇信號Qn/5n ，由4選1數(shù)據(jù)選擇器DS選擇出對應(yīng)的控 制脈沖Pru。本例中，其選擇控制脈沖Pn更詳細(xì)的工作過程為當(dāng)AV〉5,時，則 誤差區(qū)間判斷器VC的輸出信號Q,込,込均為高電平，此時4選1數(shù)據(jù)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(fā)器RS:輸出端Q上 的控制脈沖Pn經(jīng)或門G5輸出至驅(qū)動電路DR!。當(dāng)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(fā)器RS,輸出端Q 上的控制脈沖P"經(jīng)或門G5輸出至驅(qū)動電路DR,。同理，當(dāng)5,AV〉5z或者52 》AV〉5 3時，由控制脈沖選擇信號(y^選通控制脈沖Pu或Pm。這樣，多級脈 沖產(chǎn)生器MPG即完成了產(chǎn)生相應(yīng)控制脈沖Pm控制變換器工作的過程。
控制脈沖P。2的產(chǎn)生方式為在每個開關(guān)周期起始時刻，Pm為高電平，觸發(fā) 器RSs被置位，輸出端Q為低電平；當(dāng)Pm變?yōu)榈碗娖胶?，電感電流IL開始下降， 同時PC5的輸出信號可通過觸發(fā)器RS5輸出至驅(qū)動電路DR2;當(dāng)Il下降至谷但I(xiàn)v 時，Pn2由低電平變?yōu)楦唠娖剑敝灵_關(guān)周期結(jié)束。這樣，觸發(fā)器RS5的輸出端Q 輸出控制脈沖Pn2。
本例的變換器為Buck變換器。
用Matlab/Simulink軟件對本例進(jìn)行時域仿真分析，結(jié)果如下。 圖5a、圖5b、圖5c和圖5d分別為仿真得到的控制脈沖信號Pni、控制脈沖 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(guān)周期組成循 環(huán)周期，Pm控制脈沖序列為:P2「P3「P31。
圖6a為實(shí)施例一在負(fù)載突變(負(fù)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(xiàn)有的P畫控制變換器在同樣的負(fù)載變化時， 輸出電壓的仿真波形圖?？梢?，PWM控制變換器在擾動出現(xiàn)后，經(jīng)過約1.5ms后 才能基本恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，輸出電壓跌落近G. 2V;而同樣的條件下，采用本實(shí)用新型 進(jìn)行控制時，開關(guān)電源可迅速進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)，沒有出現(xiàn)明顯的電壓跌落。故本 實(shí)用新型的瞬態(tài)響應(yīng)能力遠(yuǎn)優(yōu)于P麗控制。圖7a為實(shí)施例一在負(fù)載突變(負(fù)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(xiàn)有的脈沖序列控制DCM變換器在同樣 的負(fù)載變化時，輸出電壓的仿真波形圖?？梢姡虞d后變換器所帶的負(fù)載已經(jīng) 超過了脈沖序列控制變換器的負(fù)載上限，輸出電壓出現(xiàn)持續(xù)下降，變換器無法 正常工作；而同樣的條件下，采用本實(shí)用新型進(jìn)行控制時，變換器仍能穩(wěn)定工 作。故本實(shí)用新型控制的開關(guān)變換器工作范圍更大。 實(shí)施例二
圖8示出，本例與實(shí)施例一基本相同，不同之處是設(shè)定的輸出電壓的誤 差區(qū)間值的個數(shù)N為4個，5n ,n=l,2， 3,4，相應(yīng)的控制脈沖Pnl為五個，即Pu、 P21、 P31、 P"、 P51。多級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生控制脈沖Pn， 11=1，2，3，4，5的方法是
多級脈沖產(chǎn)生器(MPG)在每個開關(guān)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(xù)高電平固定時間DJ后變 為低電平；電流L隨即開始下降，當(dāng)lL下降至直至電流谷值Iv時，控制脈沖P^ 由低電平變?yōu)楦唠娖?，二極管關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)管S2續(xù)流，直至開關(guān)周 期結(jié)束。
本例控制的開關(guān)電源的變換器TD為Boost變換器，如圖8所示。 實(shí)施例三
圖9示出，本例與實(shí)施例一基本相同，不同之處是設(shè)定的輸出電壓的誤 差區(qū)間值的個數(shù)N為5個，5n , n=l，2,3，4,5,相應(yīng)的控制脈沖Pnl為六個，即 Pu、 P21、 P31、 P41、 P51、 P61。多級脈沖產(chǎn)生器MPG產(chǎn)生控制脈沖Pn, n=l，2, 3， 4， 5， 6 的方法是多級脈沖產(chǎn)生器(MPG)在每個開關(guān)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(lián)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(chǎn)生器(MPG)將該電壓信 號V咖與該周期的控制脈沖Pnl ，n=l，2,…N+l，所對應(yīng)的電壓峰值Vn ,n=l，2,... N+l，進(jìn)行比較，當(dāng)電壓V咖上升至對應(yīng)的峰值VJ于，控制脈沖Pm由高電平變?yōu)?低電平；電壓V咖隨即開始下降，當(dāng)V咖下降至直至電流谷^直Vv時，控制脈沖P^ 由低電平變?yōu)楦唠娖?，二極管關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)管S2續(xù)流，直至本開關(guān) 周期結(jié)束。
本例控制的開關(guān)電源的變換器TD為Buck-Boost變換器，如圖9所示。 顯然，本實(shí)用新型在實(shí)施時，可根據(jù)開關(guān)電源的實(shí)際工作狀態(tài)以及性能要求設(shè)置控制脈沖級別的數(shù)量。設(shè)置更多可供選擇的控制脈沖級別， 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復(fù)雜程度。
本實(shí)用新型是一種定頻控制裝置，開關(guān)電源的開關(guān)頻率由外部時鐘脈沖決 定。它可方便地用模擬器件或數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)；除可用于以上實(shí)施例中的變換器
組成的開關(guān)電源外，也可用于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(guān)電源。
權(quán)利要求1、一種偽連續(xù)工作模式開關(guān)電源的多級脈沖序列控制裝置，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(qū)動電路DR、時鐘信號產(chǎn)生器CPG，其特征在于所述的電壓檢測電路VCC、誤差放大器VA、誤差區(qū)間判斷器VC、多級脈沖產(chǎn)生器MPG、驅(qū)動電路DR依次相連；時鐘信號產(chǎn)生器CPG與誤差區(qū)間判斷器VC及多級脈沖產(chǎn)生器MPG相連；電流檢測電路IC與多級脈沖產(chǎn)生器MPG相連。
2、 '根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽連續(xù)工作模式開關(guān)電源的多級脈沖序列控制裝 置，其特征在于所述的誤差區(qū)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(fā)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(fù)極性端分別接對應(yīng)的誤差區(qū)間值5n信號，輸出端 與觸發(fā)器Dn的數(shù)據(jù)輸入端相連；觸發(fā)器D。的時鐘輸入端與時鐘信號產(chǎn)生器CPG 相連，觸發(fā)器A的輸出端與多級脈沖產(chǎn)生器MPG相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽連續(xù)工作模式開關(guān)電源的多級脈沖序列控制裝 置，其特征在于所述的多級脈沖產(chǎn)生器MPG的具體組成為產(chǎn)生P^脈沖的電 路由N+l個比較器PCn n-l, 2,…N+l以及N+l個觸發(fā)器RSn n=l, 2，…N+l及N+l 選1數(shù)據(jù)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(fù)極性端接對應(yīng)的變換器電感電流基準(zhǔn)值U其 輸出端接觸發(fā)器RSj々復(fù)位端R，觸發(fā)器RSj々置位端S與時鐘信號產(chǎn)生器CPG 相連，其輸出端Q接N+1選1數(shù)據(jù)選擇器DS的數(shù)據(jù)輸入端，N+l選l數(shù)據(jù)選擇 器DS輸出端接開關(guān)管Si的驅(qū)動電路DR；產(chǎn)生P。2脈沖的電路由1個比較器PCv和 1個觸發(fā)器RSv組成；比較器PCv的負(fù)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(fā)器RSv的復(fù) 位端R,觸發(fā)器RSn的置位端S與上述N+l選l數(shù)據(jù)選擇器DS輸出端相連，觸發(fā) 器RSn的輸出端Q接開關(guān)管S2的驅(qū)動電路DR2。
專利摘要用于工作于偽連續(xù)模式的開關(guān)電源多級脈沖序列裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電壓檢測電路、誤差放大器、誤差區(qū)間判斷器、多級脈沖產(chǎn)生器、驅(qū)動電路依次相連；時鐘信號產(chǎn)生器與誤差區(qū)間判斷器及多級脈沖產(chǎn)生器相連；電流檢測電路與多級脈沖產(chǎn)生器相連?？蓪?shí)現(xiàn)偽連續(xù)工作模式開關(guān)電源的多級脈沖序列控制。采用該種控制裝置，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(tài)響應(yīng)好，抗干擾能力強(qiáng)，適用于各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)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(xué)