超高功率密度隔离型副边反馈系统优化方法与流程

本发明属于变换器，特别是一种超高功率密度隔离型副边反馈系统优化方法。

背景技术：

1、双钳位零电压开关变换器作为一种隔离式dc/dc变换器具有结构简单、软开关、高效率、高功率密度等优点；广泛应用于工业控制、通讯和军工等电源领域。图1给出了采样原边钳位电压进行控制的原边反馈方式原理框图。原边钳位电容电压vc经电阻分压送入数字控制器，经过数字环路调节器部分产生误差信号verr，数字控制器中主程序部分根据误差信号verr产生用于控制变换器工作的原边各开关管控制信号。

2、对于隔离式dc/dc变换器，采用原边反馈方式可以省去副边输出电压信号传递到原边的相关电路，利于提高变换器的功率密度，适用于超高功率密度隔离型系统。但是当负载进行切换时，原边反馈方式存在不能及时体现副边输出电压变化的情况，易造成变换器原副边脱开问题。若在变换器原副边脱开期间施加负载，可能造成变换器的输出电压vo跌落严重，极端情况下，变换器的输出电压vo跌落至零，严重影响后级用电设备的可靠性。加快环路的动态响应速度，可以一定程度上改善原副边脱开问题，但效果非常有限，且容易造成环路不稳定，引起输出电压震荡。同时，由于隔离系统中的变压器存在漏感，闭环控制时原边采样信息不能完全反应输出电压情况，存在负载调整率差的问题。

3、和原边反馈方式相比，副边反馈方式由于直接对输出电压进行采样，可以同时解决负载切换时原副边脱开问题和负载调整率差问题。常用副边反馈方式如图2所示。图2中的(a)示出了原边隔离供电至副边反馈方式，在原边辅助电源的基础上通过变压器t1为副边控制电路供电，副边控制电路采样输出电压信号，通过运算放大器和光耦器件将反应输出电压信息的误差信号传递到原边进行控制。但是考虑到原副边绝缘耐压问题，变压器t1体积较大；同时，考虑到高功率密度、小型化因素，变压器t1通常选用有效导磁面积较小的磁芯，匝数会较多，变压器t1绕制比较困难，并且所需器件较多，不利于应用在超高功率密度场合。图2中的(b)示出了副边独立供电副边反馈方式，和原边隔离供电至副边反馈方式相比，输出控制电路供电由副边输出电压经降压电路直接得到，省去了图2中的(b)中隔离供电方式的变压器t1；但副边需要额外增加一个降压电路，器件较多，不利于应用在超高功率密度场合。图2中的(c)示出了tl431+光耦的副边反馈方式，系统控制环路基准值采用tl431内部基准值，原副边增加的硬件电路部分较少，适合于超高功率密度场合。

4、对于图2(c)所示tl431+光耦副边反馈形式，变换器输入建压后原边数字控制芯片供电电源3.3v电压率先建立，数字控制芯片进入初始化阶段，此时副边无输出电压，外部误差信号verr被上拉到3.3v。对于双钳位零电压开关变换器，其误差信号verr和负载电流io的关系如式(1)所示：

5、

6、其中，τ为常量，l为变换器励磁电感感量、vin和vout分别对应输入和输出电压。

7、从式(1)可以看出，verr随着负载的的增加而增加，即轻载时verr较小、重载时verr较大。因此，采用图2(c)所示tl431+光耦副边反馈形式时，需要设置合适的软启动方式。现有解决办法中，通过外加电阻、电容和三极管的方式使误差信号缓慢增加，但由于数字控制芯片存在一定的初始化时间，使得变换器在软启动时误差信号不能从0增加，变换器并未实现软启动，存在功率器件冲击电流大的情况，影响变换器的可靠工作，因此此种方法存在局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种超高功率密度隔离型副边反馈系统优化方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种超高功率密度隔离型副边反馈系统优化方法，通过软件实现变换器软启动功能，所述方法包括：

3、(1)t0时刻，数字控制芯片完成初始化，设置数字芯片内部误差信号verr_d从0开始逐渐增加，变换器此时受内部误差信号verr_d控制，进入开环软启动阶段；

4、(2)t1时刻，变换器输出电压vo达到额定值，外部运放开始退饱和，外部误差信号verr由3.3v逐渐降低；

5、(3)t2时刻，verr<verr_d，变换器开环软启动结束，进入闭环调节状态。

6、进一步地，对于光耦器件在t1～t2时间段存在的输出电压超调量δv1，所述(2)改进为：

7、(2)t1时刻，输出电压vo尚未达到额定输出电压时，外部调节器开始退饱和，外部误差信号verr由3.3v逐渐降低。

8、进一步地，对于光耦器件在t1～t2时间段存在的输出电压超调量δv1，所述(3)改进为：

9、(3)t2时刻，verr＝verr_d，变换器开环软启动结束，进入闭环调节状态。

10、进一步地，对于光耦器件在t2时刻后的时间段t2～t3存在的输出电压超调量δv2，采用优化数字控制芯片采样和控制延时的方式。

11、另一方面，提供了一种超高功率密度隔离型副边反馈系统优化系统，所述系统包括：

12、第一模块，用于实现：在t0时刻，数字控制芯片完成初始化，设置数字芯片内部误差信号verr_d从0开始逐渐增加，变换器此时受内部误差信号verr_d控制，进入开环软启动阶段；

13、第二模块，用于实现：在t1时刻，变换器输出电压vo达到额定值，外部运放开始退饱和，外部误差信号verr由3.3v逐渐降低；

14、第三模块，用于实现：在t2时刻，verr<verr_d，变换器开环软启动结束，进入闭环调节状态。

15、进一步地，对于光耦器件在t1～t2时间段存在的输出电压超调量δv1，所述第二模块改进为：

16、第二模块，用于实现：t1时刻，输出电压vo尚未达到额定输出电压时，外部调节器开始退饱和，外部误差信号verr由3.3v逐渐降低。

17、进一步地，对于光耦器件在t1～t2时间段存在的输出电压超调量δv1，所述第三模块改进为：

18、第三模块，用于实现：在t2时刻，verr<verr_d，变换器开环软启动结束，进入闭环调节状态。

19、另一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述超高功率密度隔离型副边反馈系统优化方法。

20、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述超高功率密度隔离型副边反馈系统优化方法。

21、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

22、1)本发明提出适用于数字控制方式的tl431+光耦副边反馈软启动方法，省去软启动相关部分硬件同时解决软启动时输出电压超调问题，适用于超高功率密度系统。

23、2)本发明所提方法较为简单，节省空间，且能够有效提高副边反馈系统功率密度和性能。

24、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。