一种控制器参数可变的后级恒流电源装置的制作方法

1.本实用新型涉及恒流电源技术领域，特别是涉及一种控制器参数可变的后级恒流电源装置。


背景技术：

2.当前，恒流电源装置常用于驱动led或直流电机。在不同场景下，负载所需功率有所不同，小到几瓦到大到几千瓦，这就需要恒流电源装置具有可靠的输出，并能在不同功率等级下都能保持稳定供能。
3.在实际应用中，恒流驱动电源大多具有宽范围的输出指标，但在设计时，都会按照极端输出的情况设计将电感、电容等滤波器件，就会造成其取值较大。因电感、电容的体积与取值大小成正比关系，这就会导致整个电源设备的体积较大。如某知名电源制造商的hlg系列、elg系类产品，虽有较宽的输入、输出范围，但体积比固定输出范围的电源产品相对较大。选择较大的电感、电容值，是为了在不同输出指标的情况下，其功率部分传递函数的零、极点位置不会产生较大的变化，即在预期穿越频率处所需要增加或衰减的增益基本不变，控制器的参数即可较好的配置不同输出指标下的零、极点位置。
4.总结上述常用电源方案可知，该方案还存在如下问题：1）在大跨度输出指标下，虽可以稳定运行，但驱动电源的动态响应速度不一，且固定的控制也无法保证输出电流、电压的纹波率符合设计时的纹波率；2）在负载突变时无法保证输出的电流的具有良好的动态性能，严重时将因过电流烧毁负载或驱动电源；3）因控制器参数并非最佳，电源系统在稳态下运行时，无法较好的较小静态误差。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种控制器参数可变的后级恒流电源装置。
6.为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案如下：
7.一种控制器参数可变的后级恒流电源装置，包括半桥llc谐振变换器、电源控制器以及半桥驱动器，
8.所述半桥llc谐振变换器的输入端与恒压电源连接，所述半桥llc谐振变换器的输出端与负载端连接，
9.所述电源控制器用于采集负载电流，并将采集到电流采样信号与目标电流值的基准信号进行比较，得到误差电压信号，并将误差电压信号与三角载波电压进行比较后，输出pwm信号至所述半桥驱动器；
10.所述半桥驱动器用于将接收到的所述电源控制器传输的pwm信号，转换为pfm信号后传输至所述半桥llc谐振变换器，对所述半桥llc谐振变换器的输出电流进行闭环控制。
11.作为本实用新型所述控制器参数可变的后级恒流电源装置的一种优选方案，其中：所述电源控制器包括误差处理模块、补偿网络模块、补偿参数控制模块以及半桥驱动器
控制模块，
12.所述误差处理模块用于将采集到的电流采样信号与目标电流值的基准信号进行比较，并将得到的误差电流信号输送至所述补偿网络模块，
13.所述补偿参数控制模块用于对所述补偿网络模块的补偿参数进行控制，
14.所述补偿网络模块用于接收所述误差处理模块传输的误差电流信号，并根据补偿参数将误差电流信号转换成误差电压信号，输送至所述半桥驱动控制模块，
15.所述半桥驱动器控制模块用于接收所述补偿网络模块输送的误差电压信号，并将误差电压信号与三角载波电压进行比较后得到pwm信号，并输送至所述半桥驱动器。
16.作为本实用新型所述控制器参数可变的后级恒流电源装置的一种优选方案，其中：所述误差处理模块包括跨导放大器，所述跨导放大器的反相输入端与电流采样信号的输出端连接，所述跨导放大器的正相输入端与目标电流值的基准信号的输出端连接，所述跨导放大器的输出端与补偿网络模块连接。
17.作为本实用新型所述控制器参数可变的后级恒流电源装置的一种优选方案，其中：所述误差处理模块还包括分压电阻r
f1
和分压电阻r
f2
，所述分压电阻r
f1
和分压电阻r
f2
的一端均与所述跨导放大器的反相输入端连接，所述分压电阻r
f1
的另一端与电流采样信号的输出端连接，所述分压电阻r
f2
的另一端接地。
18.作为本实用新型所述控制器参数可变的后级恒流电源装置的一种优选方案，其中：所述补偿参数控制模块包括三个滞回比较器，
19.三个所述滞回比较器的反相输入端分别通过分压电阻与第一参考电流信号、第二连接参考电流信号和第三参考电流信号的输出端连接，三个所述滞回比较器的正相输入端均通过分压电阻与电流采样信号的输出端连接，三个所述滞回比较器的输出端分别输出第一pwm信号、第二pwm信号和第三pwm信号至所述补偿网络模块。
20.作为本实用新型所述控制器参数可变的后级恒流电源装置的一种优选方案，其中：所述补偿网络模块包括第一场效应管q1、第二场效应管q2、第三场效应管q3、第四场效应管q4、第五场效应管q5、第六场效应管q6、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、电阻r1、r2和r3，
21.所述电阻r1、r2和r3依次串联，所述电阻r1的另一端与所述跨导放大器的输出端连接，
22.所述第一电容c1的一端与所述第六场效应管q6的漏极连接，所述第一电容c1的另一端连接在所述电阻r1和r2之间，所述第二电容c2的一端与所述第五场效应管q5的漏极连接，所述第二电容c2的另一端连接在所述电阻r2和r3之间，所述第三电容c3的一端与所述第四场效应管q4的漏极连接，所述第三电容c3的另一端与所述电阻r3的另一端连接，所述第四电容c4的一端与所述第一场效应管q1的漏极连接，所述第四电容c4的另一端与连接在所述电阻r1和r2之间，所述第五电容c5的两端分别与所述第二场效应管q2和所述第一场效应管q1的漏极连接，所述第六电容c6的两端分别与所述第三场效应管q3和所述第二场效应管q2的漏极连接，
23.所述第一场效应管q1、第二场效应管q2和第三场效应管q3的源极均连接至同一接地端，所述第四场效应管q4、第五场效应管q5和第六场效应管q6的源极均连接至同一接地端，所述第一场效应管q1和所述第四场效应管q4的栅极均与第一pwm信号的输出端连接，所
述第二场效应管q2和所述第五场效应管q5的栅极均与第二pwm信号的输出端连接，所述第三场效应管q3和所述第六场效应管q6的栅极均与第三pwm信号的输出端连接。
24.作为本实用新型所述控制器参数可变的后级恒流电源装置的一种优选方案，其中：所述半桥驱动器控制模块包括比较器，所述比较器的正相输入端与三角载波vm连接，所述比较器的反相输入端与所述补偿网络模块的误差电压信号的输出端连接，所述比较器的输出端与所述半桥驱动器连接。
25.本实用新型的有益效果是：
26.（1）本实用新型可根据不同的输出指标调整控制器参数，可动态匹配最佳的控制器参数对功率网络进行补偿，使半桥llc谐振变换器在负载发生突变时具有更好的动态性能。
27.（2）本实用新型根据输出电流的变换，误差处理模块的补偿网络参数可以动态调整，因此，输出电流在大跨度范围内变化时，可以保证半桥llc谐振变换器的输出符合设计时的纹波率。
28.（3）本实用新型在稳态的输出电流具有更小的静态误差，保证电源的精准输出。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
30.图1为本实用新型提供的控制器参数可变的后级恒流电源装置的系统框图；
31.图2为本实用新型提供的控制器参数可变的后级恒流电源装置的电路示意图；
32.图3为本实用新型提供的控制器参数可变的后级恒流电源装置中误差处理模块的电路示意图；
33.图4为本实用新型提供的控制器参数可变的后级恒流电源装置中半桥驱动器控制模块的电路示意图；
34.图5为本实用新型提供的控制器参数可变的后级恒流电源装置中补偿网络模块的电路示意图；
35.图6为本实用新型提供的控制器参数可变的后级恒流电源装置中补偿参数控制模块的电路示意图。
具体实施方式
36.为使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本实用新型作出进一步详细的说明。
37.本实施例提供了一种控制器参数可变的后级恒流电源装置，包括半桥llc谐振变换器、电源控制器以及半桥驱动器。半桥llc谐振变换器的输入端与前级恒压电源连接，半桥llc谐振变换器的输出端与负载端连接。电源控制器通过半桥驱动器与半桥llc谐振变换器连接，可根据不同的输出指标调整控制器参数，进而对半桥llc谐振变换器的输出电流进行控制。
38.具体的，电源控制器包括误差处理模块、补偿网络模块、补偿参数控制模块以及半桥驱动器控制模块。
39.其中，误差处理模块用于采集负载电流，并将采集到的电流采样信号与目标电流值的基准信号进行比较，得到的误差电流信号，然后输送至补偿网络模块。误差处理模块包括跨导放大器，该跨导放大器的反相输入端与电流采样信号的输出端连接，跨导放大器的正相输入端与目标电流值的基准信号i
ref
的输出端连接，跨导放大器的输出端与补偿网络模块连接。跨导放大器将电流采样信号与目标电流值的基准信号进行比较，比较后的误差信号经过跨导放大器后以电流形式输送至补偿网络模块。
40.较佳的，电流采样信号的输出端通过分压电阻与跨导放大器的反相输入端连接。分压电阻包括r
f1
和 r
f2
，分压电阻r
f1
和分压电阻r
f2
的一端均与跨导放大器的反相输入端连接，分压电阻r
f1
的另一端与电流采样信号的输出端连接，分压电阻r
f2
的另一端接地。电流采样信号先经过r
f1
和 r
f2
分压后再与目标电流值的基准信号进行比较。
41.补偿参数控制模块用于对补偿网络模块的补偿参数进行控制。具体的，补偿参数控制模块包括三个滞回比较器，分别为第一滞回比较器、第二滞回比较器和第三滞回比较器。
42.第一滞回比较器的反相输入端分别通过分压电阻r3与第一参考电流信号i
ref1
的输出端连接，第一滞回比较器的正相输入端通过分压电阻r
1 和r2与电流采样信号的输出端连接。具体的，分压电阻r
1 和r2的一端均与第一滞回比较器的正相输入端连接，分压电阻r
1 的另一端与电流采样信号的输出端连接，分压电阻r
1 的另一端接地。第一滞回比较器的输出端输出第一pwm信号。在第一滞回比较器的正相输入端与输出端之间还连接有电阻r4。
43.第二滞回比较器的反相输入端分别通过分压电阻r7与第二参考电流信号i
ref2
的输出端连接，第二滞回比较器的正相输入端通过分压电阻r5和r6与电流采样信号的输出端连接。具体的，分压电阻r
5 和r6的一端均与第二滞回比较器的正相输入端连接，分压电阻r5的另一端与电流采样信号的输出端连接，分压电阻r5的另一端接地。第二滞回比较器的输出端输出第二pwm信号。在第二滞回比较器的正相输入端与输出端之间还连接有电阻r8。
44.第三滞回比较器的反相输入端分别通过分压电阻r
11
与第三参考电流信号i
ref3
的输出端连接，第三滞回比较器的正相输入端通过分压电阻r9和r
10
与电流采样信号的输出端连接。具体的，分压电阻r
9 和r
10
的一端均与第三滞回比较器的正相输入端连接，分压电阻r9的另一端与电流采样信号的输出端连接，分压电阻r
10
的另一端接地。第三滞回比较器的输出端输出第三pwm信号。在第三滞回比较器的正相输入端与输出端之间还连接有电阻r
12
。
45.上述三个滞回比较器分别基于i
ref1
、i
ref2
、i
ref3
输出第一pwm信号、第二pwm信号、第三pwm信号至补偿网络模块。每个滞回比较器在接收到电流采样信号后首先进行分压，再与不同的电流比较值i
ref1
、i
ref2
、i
ref3
进行比较，可根据半桥llc谐振变换器输出电流的范围确定比较值和分压值，以保证滞回比较器有一个合适的上升、下降阈值。
46.补偿网络模块用于接收误差处理模块传输的误差电流信号，并根据补偿参数将误差电流信号转换成误差电压信号，输送至半桥驱动控制模块。具体的，补偿网络模块包括第一场效应管q1、第二场效应管q2、第三场效应管q3、第四场效应管q4、第五场效应管q5、第六场效应管q6、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、电阻r1、r2和r3。
47.其中，电阻r1、r2和r3依次串联，电阻r1的另一端与所述跨导放大器的输出端连接。第一电容c1的一端与第六场效应管q6的漏极连接，第一电容c1的另一端连接在电阻r1和r2之间，第二电容c2的一端与第五场效应管q5的漏极连接，第二电容c2的另一端连接在电阻r2和r3之间，第三电容c3的一端与第四场效应管q4的漏极连接，第三电容c3的另一端与电阻r3的另一端连接，第四电容c4的一端与第一场效应管q1的漏极连接，第四电容c4的另一端与连接在电阻r1和r2之间，第五电容c5的两端分别与第二场效应管q2和第一场效应管q1的漏极连接，第六电容c6的两端分别与第三场效应管q3和第二场效应管q2的漏极连接。第一场效应管q1、第二场效应管q2和第三场效应管q3的源极均连接至同一接地端，第四场效应管q4、第五场效应管q5和第六场效应管q6的源极均连接至同一接地端，第一场效应管q1和第四场效应管q4的栅极均与第一pwm信号的输出端连接，第二场效应管q2和第五场效应管q5的栅极均与第二pwm信号的输出端连接，第三场效应管q3和第六场效应管q6的栅极均与第三pwm信号的输出端连接。
48.第一pwm信号、第二pwm信号和第三pwm信号控制场效应管q1~q6的开关。场效应管q4~q6控制电阻r1~r3、电容c1~c3的通断，及可以控制补偿网络的零极点、零点及增益参数。场效应管q1~q3控制电容c4~c6是否使用，可改变补偿网络高频极点的参数。补偿网络模块可根据补偿参数将误差电流信号转换成误差电压信号v
err
并传输至半桥驱动器控制电路。
49.半桥驱动器控制模块包括比较器，该比较器的正相输入端与三角载波vm连接，比较器的反相输入端与补偿网络模块的误差电压信号的输出端连接，比较器的输出端与半桥驱动器连接。半桥驱动器控制模块在接收到误差电压信号v
err
后，将其与比较器正相输入端的三角载波vm进行比较，之后输出pwm信号至半桥llc谐振变换器内的半桥驱动器。
50.半桥驱动器接收到的电源控制器传输的pwm信号后，将其转换为pfm信号并传输至半桥llc谐振变换器，对半桥llc谐振变换器内的功率开关管进行控制，从而对半桥llc谐振变换器的输出电流进行闭环控制。
51.本实施例中，前级恒压电源正常供电后，根据不同的负载情况，补偿参数控制模块的三个滞回比较器输出的信号不同。当负载电流为变换器最大输出电流的0~33%时，第一pwm信号为高电平，第二pwm信号和第三pwm信号为低电平；当输出电流为33%~66%时，第一pwm信号和第二pwm信号为高电平，第三pwm信号为低电平；当输出电流为66%~100%时，第一pwm信号、第二pwm信号和第三pwm信号均为高电平。根据不同的输出电流，即可实现动态调整补偿网络的参数。误差处理模块输出v
err
信号送至半桥驱动器控制模块，输出pwm信号到半桥llc谐振变换器的半桥驱动器中，将pwm信号转为pfm信号对功率开关管进行控制，实现后级谐振变换器的闭环控制及软开关。
52.由此，本实用新型可根据不同的输出指标调整控制器参数，可动态匹配最佳的控制器参数对功率网络进行补偿。
53.除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。