一种应用于原边反馈反激变换器的数字信号采样电路及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字开关电源，尤其涉及一种应用于原边反馈反激变换器的数字信号采样电路及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着数字技术的发展，数字电源由于其自身的优点，越来越受到重视，在AC-DC和DC-DC开关电源中，越来越多的控制系统采用数字方式实现，相对于模拟控制器，数字控制器有以下优点:数字电源克服现代电源的复杂性，它实现了数字和模拟技术的融合，提供了很强的适应性与灵活性，具备直接监视、处理并适应系统条件的能力，能够满足几乎任何电源要求。数字电源还可通过远程诊断以确保持续的系统可靠性，实现故障管理、过电压(流)保护、自动冗余等功能。由于数字电源的集成度很高，系统的复杂性并不随功能的增加而增加过多，外围器件很少，减少了占板面积，简化了设计制造流程，同时，数字电源的自动诊断、调节的能力使调试和维护工作变得轻松，另外数字电源管理芯片易于在多相以及同步信号下进行多相式并联应用，可扩展性与重复性优秀，轻松实现负载均流，减少EMI，并简化滤波电路设计。正是由于这些优点，数字电源才会变成未来开关电源的发展趋势。
[0003]数字采样技术对于推动数字电源的发展有着不可替代的作用，传统的数字信号采样是在电源芯片内部集成一个ADC采样电路，通过这样的技术固然能够获得准确的数字信号，但是集成一个ADC电路不但加大了芯片的面积，提高了成本，更主要的是提高了芯片自身的功耗。为了解决这样的问题，IWATT公司提出了一种比较经典的拐点采样算法，如图1所示，在这个算法中，只需要两个DAC电路和几个比较器电路，就能准确得到输出电压的数字化信息，应用IWATT公司的这个算法，相对于传统的ADC采样，大大减小了芯片的面积和功耗。但是两个DAC电路和几个比较器也占据了芯片的一部分面积，对芯片的面积和功耗还是会产生一定的影响。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的局限和不足，本发明提供一种用于原边反馈反激变换器的数字?目号米样算法。
[0005]本发明采用以下技术方案:一种应用于原边反馈反激变换器的数字信号采样电路，原边反馈反激变换器的主拓扑包含整流桥、滤波电容Cl、电阻R3、变压器Tl、续流二极管Dl、储能电容C2、电容C3、负载&、开关管Ql、采样分压电阻Rl和R2、二极管D2、电流采样电阻Rsense，其中变压器有三个绕组:原边绕组Np，副边绕组Ns，辅助绕组Naux，辅助绕组和副边绕组的同名端相同，并且和原边绕组同名端相反，电阻R3、电容C3和二极管D2构成RCD电路，保证开关管Ql的安全工作，其特征在于:
[0006]设置控制模块，控制模块的采样电压输入端Vsense连接分压电阻Rl与R2的连接端，控制模块的采样电流输入端Isense连接开关管Ql的源极与电流采样电阻Rsense的连接端，控制模块输出的占空比信号duty连接开关管Ql的栅极；
[0007]所说控制模块包括采样模块和数字控制核心，采样模块包括比较器I和比较器2以及时间计算模块和误差产生电路，比较器I和比较器2的正输入端都连接采样电压输入Vsense，比较器I的负输入端连接固定电压Vr，该电压Vr由副边绕组Ns与辅助绕组Naux匝数比和采样分压电阻Rl、R2决定；比较器2的负输入端连接内部基准给的O电位固定电压Vzvs ;比较器I和比较器2的输出信号都输入到时间计算模块，时间计算模块根据比较器I和比较器2的输出信号，应用计数器得到时间Tl和T2，时间Tl和T2都输入到误差产生电路，误差产生电路根据时间Tl和T2的大小关系得到误差信号e (η)，当Τ2 = 2*Τ1时，输出的误差信号e(n)为O ;当T2〈2*T1时，输出一个正的误差信号e (η)，误差信号e (η)是一个正数字量，它的大小和Τ2与2*Τ1的差有关，Τ2与2*Τ1的差越大，误差信号e (η)越大；当Τ2>2*Τ1时，输出一个负的误差信号e (η)，误差信号e (η)是一个负数字量，它的大小和Τ2与2*Τ1的差有关，Τ2与2*Τ1的差越大，误差信号e (η)越小；
[0008]误差信号e(n)和采样电流输入信号Isense为数字控制核心的两个输入信号，数字控制核心是一个通用的数字负反馈控制模块，包括数字补偿器、比较器3和RS触发器，误差信号e(n)经过数字补偿器得到采样电流阈值Ipeak连接到比较器3的负输入端，采样电流信息Isense连接比较器3的正输入端，比较器3的输出连接RS触发器的R端，固定频率的脉冲信号SET连接RS触发器的S端，RS触发器输出占空比信号duty连接开关管Ql的栅极。
[0009]上述应用于原边反馈反激变换器的数字信号采样电路的控制方法，其特征在于:输入交流电压AC通过整流桥和滤波电容Cl连接到变压器的原边绕组，此时变压器原边绕组Np存储能量，开关管Ql关断后，变压器原边绕组Np停止存储能量并且把能量耦合到副边绕组Ns，耦合而来的能量通过续流二极管Dl和储能电容C2供给负载Rl消耗，在一个开关周期内，原边反馈反激变换器的输出电压稳定时，AC供给的能量和负载Rf消耗的能量是相等的，当原边反馈反激变换器的输出电压偏小时，下一个开关周期，控制模块根据采样而来的米样电压Vsense和米样电流Isense信号，增大开关管Ql导通的时间，使得输出电压恢复到稳定值；当原边反馈反激变换器的输出电压偏大时，下一个开关周期，控制模块根据采样而来的采样电压Vsense和采样电流Isense信号，减少开关管Ql导通的时间，使得原边反馈反激变换器的输出电压恢复到稳定值；
[0010]具体过程如下:当误差信号e(n)为O时，数字补偿器产生的采样电流阈值Ipeak不变，当误差信号e(n)为负时，数字补偿器产生的采样电流阈值Ipeak减小，当误差信号e(n)为正时，数字补偿器产生的采样电流阈值Ipeak增加，开关管Ql导通时，采样电流Isense增加，当采样电流Isense增加到和采样电流阈值Ipeak相等时，比较器3输出一个高脉冲，使RS触发器复位，信号SET用来置位RS触发器，当输入的误差信号e (η)为O时，占空比信号duty的占空比不变，当输入的误差信号e (η)是小于O时，得到占空比信号duty占空比减小，当输入的误差信号e(n)为正时，得到的占空比信号duty占空比增加，通过这样的负反馈调节使得反激变换器的输出电压稳定。
[0011]本发明的优点及显著效果:
[0012]1、本发明省去了采样所需的模数转换电路(ADC)和数模转换电路(DAC)，为芯片节省了面积和功耗。
[0013]2、本发明可以根据Tl和T2的具体大小定量调节误差产生电路产生的误差信号数字量的大小，很好的提高了控制精度。
【附图说明】
[0014]图1是IWATT公司采样算法结构图；
[0015]图2是本发明整体结构简化图；
[0016]图3是控制模块内部结构图；
[0017]图4是输出电压稳定时相关波形图；
[0018]图5是输出电压偏大时相关波形图；
[0019]图6是输出电压偏小时相关波形图；
[0020]图7是输出电压很小是相关波形图。
[0021]图8是数字控制核心内部结构图。
【具体实施方式】
[0022]参看图2，现有原边反馈反激变换器的主拓扑包含整流桥、滤波电容Cl、电阻R3、变压器Tl、续流二极管Dl、储能