基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置：由Buck变换器、控制器CD、电压检测电路VOS、电流检测电路IOS、驱动电路DR组成；控制器CD包括：脉冲选择器PS和脉冲产生器PG；其连接方式为：电压检测电路VOS、脉冲选择器PS、脉冲产生器PG、驱动电路DR依次相连；电流检测电路IOS与脉冲选择器PS相连。在每个开关周期起始时刻，根据Buck变换器输出电压Vo与基准电压Vref之间大小关系，以及电容电流IC与基准电流Iref之间大小关系，在高、低功率控制脉冲之中选择该开关周期的有效控制信号，从而实现对Buck变换器的控制。该装置设计简单、稳定性好，电感电流连续模式下输出侧电压无低频波动现象。
【专利说明】
基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种开关电源的控制装置，具体是基于Buck变换器的改进型脉冲 序列控制装置。
【背景技术】：
[0002] 脉冲序列(PT)控制是一种新型的非线性离散控制方法，通过调整两组或多组预先 设定的脉冲组合来调整输出电压，具有电路实现简单，控制环路不需要补偿网络，对输入和 负载的变化具有快速的动态响应速度，非常适用于对可靠性要求较高的开关电源控制系 统。
[0003] PT控制是针对电感电流断续导电模式(DCM)开关变换器提出来的一种控制方法， 它本质上是开关变换器的输入能量控制。在一个开关周期内，开关变换器的电感储能为零， 输入能量全部传递到输出端。PT控制选择高功率控制脉冲W向开关变换器输入更多的能 量，使输出电压上升;选择低功率控制脉冲W减小向开关变换器输入的能量，使输出电压下 降。开关变换器稳态工作时，高功率控制脉冲和低功率控制脉冲的组合形成一个脉冲序列 循环周期，在该脉冲循环周期内输入能量和输出能量达到动态平衡，从而维持输出电压的 恒定。在PT控制开关变换器工作于电感电流连续导电模式(CCM)时，在一个开关周期内，变 换器的电感储能不再为零，输出电压变化量不再直接与控制脉冲相关。对于PT控制CCM变换 器，高功率控制脉冲作用时，电感电流上升，但不能保证输出电压立即上升；同样地，低功率 控制脉冲作用时，电感电流下降，但不能保证输出电压立即下降。因此，PT控制CCM开关变换 器存在输出电压调节的滞后性和由此引起的输出电压的低频波动现象。
[0004] 针对PT控制CCM Buck变换器存在的问题，本实用新型提出一种改进型脉冲序列控 制装置，能够有效地抑制低频波动现象。 【实用新型内容】：
[0005] 本实用新型的目的是基于Buck变换器提出一种改进型脉冲序列控制装置，使之克 月良CCM降压变换器低频波动现象。该装置工作于CCM开关变换器，控制技术简单易行、设计便 捷。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案为:基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置， 由Buck变换器、控制器CD、电压检测电路V0S、电流检测电路I0S、驱动电路DR组成;控制器CD 包括:脉冲选择器PS和脉冲产生器PG;其连接方式为：电压检测电路VOS、脉冲选择器PS、脉 冲产生器PG、驱动电路DR依次相连;电流检测电路I0S与脉冲选择器PS相连;其特征在于:所 述的脉冲选择器PS由比较器AC1、AC2和或非口NOR组成；比较器AC1的正极性端接电流检测 电路I0S输出端，负极性端接基准电流^6:，AC1的输出端接或非口NOR的输入端；比较器AC2 的正极性端接电压检测电路V0S输出端，负极性端接基准电压Vref，AC2的输出端接或非口 NOR的输入端;NOR的输出端与脉冲产生器PG相连。
[0007] 其工作方式包括:在每个开关周期起始时刻，根据开关变换器输出电压V。与基准 电压Vre込间大小关系，W及电容电流IC与基准电流Ire込间大小关系，选择该开关周期内 的有效控制脉冲，从而实现对开关变换器的控制;其控制脉冲选择规则为：当输出电压V。小 于基准电压Vref和电容电流IC小于基准电流Iref时，采用高功率控制脉冲Ph控制变换器中的 开关管S，其他各种情况下则选择低功率控制脉冲Pl控制变换器中的开关管S。所述的控制 脉冲选择方法为:在某个开关周期起始时刻，对变换器输出电压V。和输出滤波电容电流IC进 行采样，并分别与预设的基准电压Vref和基准电流Ire地行比较，当输出电压V。小于基准电 压Vref和电容电流IC小于基准电流Iref时，采用高功率控制脉冲Ph控制变换器中的开关管S， 其他各种情况下则选择低功率控制脉冲Pl控制变换器中的开关管S;所述的基准电流Iref为 零。
[000引本实用新型有益效果:抑制了PT控审化CM Buck变换器的低频波动现象。
【附图说明】
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[0009] 图1为基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置结构框图。
[0010] 图2为所提装置的脉冲选择器PS电路结构图。
[0011] 图3为所提装置的脉冲产生器PG电路结构图。
[0012] 图4为所提装置在负载R为2.0Ω时的仿真波形。
[0013]图5为传统的脉冲序列控制Buck变换器在负载R为2.0Ω时的仿真波形。
[0014] 图6为所提装置在负载R为5.0Ω时的仿真波形。
[0015] 图7为传统的脉冲序列控制Buck变换器在负载R为5.0 Ω时的仿真波形。
【具体实施方式】：
[0016] 下面结合附图对本实用新型所提的改进型脉冲序列控制装置进行详细说明。一种 基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置所采用的控制方式为:在每个开关周期起始时 亥Ij，根据开关变换器输出电压V。与基准电压Vref之间大小关系，W及电容电流IC与基准电流 Iref之间大小关系，选择该开关周期内的有效控制脉冲，从而实现对开关变换器的控制。其 控制脉冲选择规则为：当输出电压V。小于基准电压Vref和电容电流IC小于基准电流Iref时，采 用高功率控制脉冲扣控制变换器中的开关管S，其他各种情况下则选择低功率控制脉冲Pl控 制变换器中的开关管S。所述的控制脉冲选择方法为:在某个开关周期起始时刻，对变换器 输出电压V。和输出滤波电容电流IC进行采样，并分别与预设的基准电压Vref和基准电流Iref 进行比较，当输出电压V。小于基准电压Vref和电容电流IC小于基准电流Iref时，采用高功率控 审IJ脉冲扣控制变换器中的开关管S，其他各种情况下则选择低功率控制脉冲Pl控制变换器中 的开关管S;所述的基准电流Iref为零。图1为本实用新型所提的一种基于Buck变换器的改进 型脉冲序列控制装置结构框图，所述的装置由Buck变换器、控制器CD、电压检测电路V0S、电 流检测电路I0S、驱动电路DR组成，控制器CD包括:脉冲选择器PS和脉冲产生器PG。其连接方 式为：电压检测电路V0S、脉冲选择器PS、脉冲产生器PG、驱动电路DR依次相连；电流检测电 路I0S与脉冲选择器PS相连。图2为所提装置的脉冲选择器PS电路结构图，由比较器ACUAC2 和或非口NOR组成；比较器AC1的正极性端接电流检测电路I0S输出的输出滤波电容电流Ic， 负极性端接基准电流kef，AC 1的输出端接或非口 NOR的输入端；比较器AC2的正极性端接电 压检测电路V0S输出的变换器输出电压V。，负极性端接基准电压Vref，AC2的输出端接或非口 NOR的输入端;NOR的输出端与脉冲产生器PG相连。图3为所提装置的脉冲产生器PG电路结构 图，由比较器AC3、AC4、与口AN1、AN2、或口OR和D触发器DFF组成;D触发器D端接脉冲选择器 PS的输出端信号VD，clk端接比较器AC4输出端；比较器AC3、AC4正极性端接银齿波信号Vsaw， 负极性端分别接Vh、Vl ;与ΠΑΝΙ输入端分别接比较器AC3输入端、D触发器Q端;与口AN2输入 端分别接比较器AC4输入端、D触发器Q端;或口 OR输入端接与口 ΑΝ1、ΑΝ2输入端，OR输出端 接驱动电路DR输入端。
[0017] 本实用新型采用表1中的电路参数进行仿真，图4、6分别为本实用新型在负载R为 2.0 Ω和5.0 Ω时输出电压V。、电感电流iL、负载电流I。及控制脉冲Vgs时域仿真波形；图5、7分 别为传统的脉冲序列控制Buck变换器在负载R为2.0 Ω和5.0 Ω时输出电压V。、电感电流U、 负载电流I。及控制脉冲Vgs时域仿真波形。从图4、6可W看出所提装置能够抑制CCM Buck变 换器输出侧的电压低频波动。
[0018] 表1变换器仿真参数
[0019]
【主权项】
1. 一种基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置，由Buck变换器、控制器⑶、电压检 测电路VOS、电流检测电路IOS、驱动电路DR组成;控制器⑶包括:脉冲选择器PS和脉冲产生 器PG;其连接方式为：电压检测电路VOS、脉冲选择器PS、脉冲产生器PG、驱动电路DR依次相 连；电流检测电路IOS与脉冲选择器PS相连；其特征在于：所述的脉冲选择器PS由比较器 AC1、AC2和或非门NOR组成；比较器AC1的正极性端接电流检测电路IOS输出端，负极性端接 基准电流Iref，ACl的输出端接或非门NOR的输入端；比较器AC2的正极性端接电压检测电路 V0S输出端，负极性端接基准电压Vref，AC2的输出端接或非门NOR的输入端;NOR的输出端与 脉冲产生器PG相连。
【文档编号】H02M3/158GK205693563SQ201620486197
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月25日 公开号201620486197.9, CN 201620486197, CN 205693563 U, CN 205693563U, CN-U-205693563, CN201620486197, CN201620486197.9, CN205693563 U, CN205693563U
【发明人】于东升, 王龙, 张勇, 魏钰金
【申请人】中国矿业大学