谷值电流调节恒定导通时间控制方法及其装置与流程

本发明涉及一种开关变换器，具体为一种谷值电流调节恒定导通时间控制方法及其装置。
背景技术：
：：随着电力电子技术的发展和便携式电子设备的普及，针对以线性控制理论为基础的脉冲宽度调制(PWM)技术存在瞬时响应慢、补偿网络设计复杂等缺点，人们提出了一种新颖的非线性离散控制方法—脉冲序列(PT)控制。通过调整预先设定的、频率相同但占空比不同的高、低功率脉冲序列组合实现对输出电压的调节，具有电路实现简单、动态响应快、鲁棒性强的特点，适用于对可靠性要求较高的开关电源系统。PT控制在电感电流断续导电模式(DCM)的开关变换器中得到了成功应用，即高功率脉冲作用时输出电压增加，低功率脉冲作用时输出电压减小。为了拓宽变换器的功率范围，将PT控制应用到电感电流连续导电模式(CCM)的开关变换器中，输出电压通过电感电流间接地得到调节，从而引起了低频波动现象，严重影响了开关变换器的工作性能。针对PT控制CCM变换器存在低频波动现象，本发明提出一种谷值电流调节恒定导通时间控制方法及其装置，能够有效地抑制低频波动。技术实现要素：：本发明的目的是提供一种开关变换器的控制方法，使之克服PT控制CCM变换器的低频波动的缺陷。该方法结构简单，无低频波动现象，动态性能良好，且适用于各种拓扑结构的开关DC/DC变换器。本发明针对上述技术缺陷，提出一种谷值电流调节恒定导通时间控制方法。为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：谷值电流调节恒定导通时间控制方法，由变换器TD和控制器组成的谷值电流调节恒定导通时间控制调节系统，其工作方式包括：在每个开关周期起始时刻，根据输出电压与基准电压的大小关系选择该开关周期内的有效谷值电流，从而实现对连续导电模式开关变换器的控制；其特征在于：在每个开关周期起始时刻，根据输出电压vo与基准电压Vref之间的大小关系从预设的谷值中选择该开关周期内的有效电感谷值电流。与现有技术相比，本发明的有益效果为：能够有效地抑制PT控制CCM变换器输出侧电压低频波动现象。本发明的另一目的是提供一种实现上述开关变换器控制方法的装置。本发明实现该发明目的所采用的技术方案为：一种实现谷值电流调节恒定导通时间控制方法的装置，由变换器TD和控制器组成，控制器包括输出电压检测电路VD、电感电流检测电路IS、比较电路IDC、谷值选择电路PS、脉冲产生电路PG、单触发计时器OOT、驱动电路DR，其特征在于：变换器TD与输出电压检测电路VD、电感电流检测电路IS及驱动电路DR相连；脉冲产生电路PG与驱动电路DR、比较电路IDC及单触发计时器OOT相连；比较电路IDC与电感电流检测电路IS、单触发计时器OOT、脉冲产生电路PG及谷值选择电路PS相连；谷值选择电路PS与输出电压检测电路VD、比较电路IDC、高谷值电流IvH、低谷值电流IvL及基准电压值Vref相连。该装置的工作过程和原理为：当电感电流iL小于谷值电流Iv时，比较电路IDC产生触发脉冲信号VC，此时输出电压检测电路VD检测变换器的输出电压vo，并将输出电压vo与基准电压Vref作比较：当输出电压vo小于基准电压Vref时，控制器选择高谷值电流IvH，电感电流iL从上一开关周期谷值电流处开始上升，经过单触发计时器OOT计时Ton后，电感电流iL开始下降，直到高谷值电流IvH时一个开关周期结束；当输出电压vo大于基准电压Vref时，控制器选择高谷值电流IvL，电感电流iL从上一开关周期谷值电流处开始上升，经过单触发计时器OOT计时Ton后，电感电流iL开始下降，直到高谷值电流IvL时一个开关周期结束。下面结合附图和具体实施方式对本发明作出进一步详细的说明。附图说明：图1为本发明的原理框图。图2为本发明实施例一的电路结构框图。图3为本发明实施例一的谷值电流选择电路结构图。图4为本发明实施例一的比较电路及脉冲产生电路结构图。图5a为本发明实施例一在输入电压等于20.0V、负载功率等于25.0W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。图5b为本发明实施例一在输入电压等于22.0V、负载功率等于25.0W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。图5c为本发明实施例一在输入电压从20.0V突变到22.0V、负载功率等于25.0W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。图5d为本发明实施例一在输入电压从22.0V突变到20.0V、负载功率等于25.0W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。图6a为本发明实施例一在输入电压等于20.0V、负载功率等于23.8W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。图6b为本发明实施例一在输入电压等于20.0V、负载功率等于27.1W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。图6c为本发明实施例一在输入电压等于20.0V、负载功率从23.8W突变到27.1W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。图6d为本发明实施例一在输入电压等于20.0V、负载功率从27.1W突变到23.8W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。图7为本发明实施例二的电路结构图。图8为本发明实施例三的电路结构图。具体实施方式：实施例一图1示出，本发明的一种具体实施方式为一种开关变换器的控制方法，其具体作法是：当电感电流iL小于谷值电流Iv时，比较电路IDC产生触发脉冲信号VC，此时输出电压检测电路VD检测变换器的输出电压vo，并将输出电压vo与基准电压Vref作比较：当输出电压vo小于基准电压Vref时，控制器选择高谷值电流IvH，电感电流iL从上一开关周期谷值电流处开始上升，经过单触发计时器OOT计时Ton后，电感电流iL开始下降，直到高谷值电流IvH时一个开关周期结束；当输出电压vo大于基准电压Vref时，控制器选择高谷值电流IvL，电感电流iL从上一开关周期谷值电流处开始上升，经过单触发计时器OOT计时Ton后，电感电流iL开始下降，直到高谷值电流IvL时一个开关周期结束。电路装置由变换器TD和控制器组成，控制器包括输出电压检测电路VD、电感电流检测电路IS、比较电路IDC、谷值选择电路PS、脉冲产生电路PG、单触发计时器OOT、驱动电路DR。图2示出，本实施例的开关变换器的控制方法的装置，由Buck变换器和控制器组成，控制器包括输出电压检测电路VD、电感电流检测电路IS、比较电路IDC、谷值选择电路PS、脉冲产生电路PG、单触发计时器OOT、驱动电路DR。其连接方式为：变换器TD与输出电压检测电路VD、电感电流检测电路IS及驱动电路DR相连；脉冲产生电路PG与驱动电路DR、比较电路IDC及单触发计时器OOT相连；比较电路IDC与电感电流检测电路IS、单触发计时器OOT、脉冲产生电路PG及谷值选择电路PS相连；谷值选择电路PS与输出电压检测电路VD、比较电路IDC、高谷值电流IvH、低谷值电流IvL及基准电压值Vref相连。图3示出，本实施例的谷值电流选择电路具体组成为：由比较器AC1、触发器DFF、开关S1、S2组成。比较器AC1的“+”、“-”端分别接输入电压vo和基准电压Vref；触发器DFF的D、clk、Q及Q端分别接比较器AC1的输出端、触发信号VC、开关S1及S2。图4示出，本例的比较电路及脉冲产生电路具体组成为：由比较器AC2、触发器RSFF组成。比较器AC2的“+”、“-”端分别接谷值电流Iv和电感电流iL；触发器RSFF的S、R及Q端分别接比较器AC2的输出端、延时信号VT及驱动电路输入端。本例的装置工作原理为：当电感电流iL小于谷值电流Iv时，比较电路IDC产生触发脉冲信号VC，此时输出电压检测电路VD检测变换器的输出电压vo，并将输出电压vo与基准电压Vref作比较：当输出电压vo小于基准电压Vref时，控制器选择高谷值电流IvH，电感电流iL从上一开关周期谷值电流处开始上升，经过单触发计时器OOT计时Ton后，电感电流iL开始下降，直到高谷值电流IvH时一个开关周期结束；当输出电压vo大于基准电压Vref时，控制器选择高谷值电流IvL，电感电流iL从上一开关周期谷值电流处开始上升，经过单触发计时器OOT计时Ton后，电感电流iL开始下降，直到高谷值电流IvL时一个开关周期结束。本例的变换器为Buck变换器。基于PSim电路仿真软件对本例的方法进行时域仿真分析，结果如下。图5为采用上述控制方法及其控制装置的变换器在负载功率等于25.0W时的仿真波形。如图5a所示，在输入电压等于20.0V时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。如图5b所示，在输入电压等于22.0V时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。如图5c所示，在输入电压从20.0V突变到22.0V时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。如图5d所示，在输入电压从22.0V突变到20.0V时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和输入电压E的时域仿真波形。图6为采用上述控制方法及其控制装置的变换器在输入电压等于20.0V时的仿真波形。如图6a所示，在负载功率等于23.8W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。如图6b所示，在负载功率等于27.1W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。如图6c所示，在负载功率从23.8W突变到27.1W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。如图6d所示，在负载功率从27.1W突变到23.8W时，输出电压vo、电感电流iL、谷值电流Iv和负载电流io的时域仿真波形。实施例二图7示出，本例与实施例一基本相同，不同之处在于：本例控制的开关变换器TD为Boost变换器。实施例三图8示出，本例与实施例一基本相同，不同之处在于：本例控制的开关变换器TD为Buck-Boost变换器。本发明方法可方便地用模拟器件或数字器件实现；除了以上实施例中的开关变换器外，还可以用于Cuk变换器、反激式变换器、正激式变换器、半桥变换器、全桥变换器等多种功率电路组成的开关变换器。本发明实施例一采用表1中的电路参数进行仿真。表1谷值电流调节恒定导通时间控制变换器仿真参数名称参数Vin20.0V、22.0VVref10.V0VC470μFL100μHTon12μSIvH2.2AIvL1.6APR23.8W、25.0W、27.1W当前第1页1 2 3