应用于开关变流器的电流观测器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及电流观测器，旨在提供一种应用于开关变流器的电流观测器。该电流观测器包括：运算电路，其第一输入端耦接至代表流过开关电流的开关电流信号，输出端产生电压信号；以及第一模拟选通器，具有第一输入端、第二输入端、控制信号端和输出端，其中第一输入端耦接至运算电路的输出端以接收电压信号，第二输入端接地，控制信号端接收指示开关导通的开关导通信号，输出端耦接至运算电路的第二输入端，第一模拟选通器基于开关导通信号，将电压信号或零电压信号提供至输出端。本发明具有结构简单、精度高等特点，适合各种工作模式，可应用于反激变流器及其他变流器。其核心是基于运算放大器、模拟选通器和运放组成的运算电路，无需乘法器。
【专利说明】应用于开关变流器的电流观测器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电流观测器，特别涉及一种应用于开关变流器的电流观测器。
【背景技术】
[0002]目前很多隔离型开关变流器(也称开关电源或者电源)，如手机充电器或者LED驱动电源，负载需要电源的输出电流恒定。为此，通常需要采样输出电流，通过闭环反馈的方式实现输出电流的恒定。以图1所示的反激变流器为例，其输入与输出需要电气隔离。为了实现输出的恒流，在输出端，需要通过取样电阻采样，在副边进行恒流控制之后，误差信号经光耦反馈送到原边控制电路，调节开关管的开通和关断，实现恒流输出。图1所示现有技术方案由于副边电流采样电路和光耦的存在，增加了电路的复杂性，进一步，由于光耦存在老化问题，使电路的稳定性和使用寿命都受到一定影响。
[0003]针对上述问题，提出了很多的原边恒流控制方法，即无需输出电流采样和光耦元件，直接利用隔离变压器原边的信号，计算出输出电流的信息，并加以控制实现输出恒流。原边恒流控制的一个框图示意如图2所示。目前市场上有较多的集成电路实现这一功能，如Infineon公司的ICL8001G、MPS的MP4021、PI的LinkSwitch-PH系列等。在原边实现输出电流估算的方法也有多种多样，但大部分只能适用于断续模式(DCM模式)或者临界断续模式(CRM模式)的反激变流器，不能适用于连续模式(CCM模式)的反激变流器。如申请专利CN201010262226.0所利用的基于峰值采样保持的方法，但仅适用于断续以及临界断续模式。采样保持电路的延时，对输出电流估算的精度产生影响。申请专利CN201110111079.1提出了一种基于多个乘法器的输出电流估算方法，可以应用于连续模式的反激变流器，但其实现非常复杂，需要多个乘法器，乘法器的线性度对其输出电流估算的精度影响很大。若乘法器精度高，则输出电流估算精度高，但是乘法器设计复杂、成本高；若乘法器精度低，则精度低，但乘法器成本低。
[0004]图3-5所示是反激变流器在各种模式下的工作波形。其中，Vgs是原边开关Ql的门极驱动信号，Isw是原边开关的电流信号，Isec是变压器副边的电流，其平均值就是输出电流。Iavg是原边开关电流Isw在一个周期内的平均值。Ton_p就是原边开关导通的时间，Ton_s为副边二极管Dr的导通时间。Z⑶信号是指示副边二极管导通时间的信号，在Ton_s时间段内，为高电平。Va是变压器辅助绕组的信号，用于产生Z⑶信号，也称为过零检测、零电流检测等，在本领域属于常识。不失一般性，在一个开关周期内的输出电流可以表示为:
【权利要求】
1.应用于开关变流器的电流观测器，其中开关变流器包括开关和二极管，其特征在于，该电流观测器还包括: 运算电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至代表流过开关电流的开关电流信号，输出端产生电压信号；以及 第一模拟选通器，具有第一输入端、第二输入端、控制信号端和输出端，其中第一输入端耦接至运算电路的输出端以接收电压信号，第二输入端接地，控制信号端接收指示开关导通的开关导通信号，输出端耦接至运算电路的第二输入端，第一模拟选通器基于开关导通信号，将电压信号或零电压信号提供至输出端。
2.如权利要求1所述的电流观测器，其特征在于，其中运算电路包括: 第一电阻，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至开关电流信号； 第二电阻，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一模拟选通器的输出端； 运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端稱接至第一电阻的第二端，第二输入端耦接至第二电阻的第二端；以及 电容或电阻和电容的串联，耦接在运算放大器的第二输入端和输出端之间；或耦接在运算放大器输出端与地之间。
3.如权利要求1所述的电流观测器，其特征在于，还包括: 第一低通滤波器，具有输入端和输出端，其中输入端接收开关电流信号，输出端耦接至运算电路的第一输入端，第一低通滤波器对开关电流信号进行低通滤波，在输出端产生平均值信号。
4.如权利要求3所述的电流观测器，其特征在于，还包括: 第二模拟选通器，具有第一输入端、第二输入端、控制信号端和输出端，其中第一输入端耦接至第一低通滤波器的输出端以接收平均值信号，第二输入端接地，输出端耦接至运算电路的第一输入端，控制信号端接收控制信号，第二模拟选通器基于控制信号，将平均值信号或零电压信号提供至输出端。
5.如权利要求5所述的电流观测器，其特征在于，还包括: 比例放大器，耦接在第一低通滤波器的输出端和第二模拟选通器的第一输入端之间。
6.如权利要求1所述的电流观测器，其特征在于，还包括: 第二模拟选通器，具有第一输入端、第二输入端、控制信号端和输出端，其中第一输入端耦接至运算电路的输出端以电压信号，第二输入端接地，控制信号端接收控制信号，第二模拟选通器基于控制信号，将电压信号或零电压信号提供至输出端； 第二低通滤波器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二模拟选通器的输出端。
7.如权利要求4或6所述的电流观测器，其特征在于，其中第二模拟选通器的控制信号为指示二极管导通的二极管导通信号。
8.如权利要求4或6所述的电流观测器，其特征在于，还包括: 或门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收指示二极管导通的二级管导通信号，第二输入端接收开关导通信号，输出端耦接至第二模拟选通器的控制信号端以提供控制信号。
9.如权利要求1至6中任一项所述的电流观测器，其特征在于，其中开关变流器包括反激电路、正激电路、半桥电路、全桥电路或非隔离BUCK电路。
【文档编号】H02M1/08GK103516182SQ201310420303
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】张军明, 王睿, 曾鹄龙 申请人:浙江大学