(Vpeak_pi)并输入到模式选择模块和参数设置模块，模式选择模块与负载分析模块双向连接，模式选择模块输出当前工作模式(work_mode)负载分析模块通过对当前时刻的Vref (η)与上一时刻的Vref (η_1)的差值和当前工作模式的分析给出模式选择(det_mode)并输入到模式选择模块，模式选择模块根据det_mode和Vpeak_pi给出当前合适的工作模式并输入到参数设置模块，由参数设置模块给出当前工作模式下所对应的控制参数峰值电流CS和周期Ts，然后经过RS触发器和驱动模块产生PffM波形，控制原边开关管的栅极，实现多模式动态数字控制。多模式控制模块的主要目的是提高各个负载点的效率，从而达到6级能效标准的要求。最主要的一点就是要提高轻载的效率，尤其是25%负载点左右的效率。整个工作过程中采用了 5种工作模式。
[0036]本发明增加负载分析模块的主要目的是提高多模式数字反激变换器的动态性能，如图8，给出了负载分析模块的工作流程，通过检测负载电压是否有大的跳变及其变化趋势，避免了电压出现大的过冲并具有提前选择切换到合适的模式的功能，全面地提高了系统的动态响应性能。
[0037]图8是多模式控制模块中的模式切换示意图。图中Vref表示的是辅助绕组上的波形经过采样模块得到的输出电压的数字值。当该值为396时对应输出电压为5V。Vpeak_Pi则是PI补偿器的输出值，在同一个模式中，该值越大对应的每个开关周期由变压器提供给输出负载的能量越多。假定变换器工作于PWM模式且此时的Vpeak_pi为140、Vref> =398，则表示此时PffM模式每个开关周期下所能够提供的最低能量仍然超过负载所能消耗的能量，导致此时的输出电压上升超过5V。因此需要切换到下一个能量更低的模式中去。同样假定变换器工作于PFM模式且此时的Vpeak_pi为150、Vref< = 394，则表示此时PFM模式每个开关周期下所能够提供的最高能量仍然不能满足负载所消耗的能量，导致此时的输出电压下降而低于5V。因此需要切换到下一个能量更高的模式中去。其他状态的切换原理和上述原理一致。
[0038]图9是负载分析模块的流程图，该图示意了负载分析模块是如何工作的，采样到反馈信号后，程序首先判断的是否出现了轻载到重载的跳变。如果出现则程序的detjnode被赋予CV_PWM模式，否则被赋予S0FT_START模式。然后程序判断是否出现重载向轻载跳变且振荡，如果出现则将det_mode置于合适的模式。
[0039]图10是优化后系系统由0.0lA的轻载直接跳变到IA重载时的动态响应，由图9可知，进过优化之后系统由0.0lA的轻载直接跳变到IA重载时，系统的下冲由之前的2.51V降到了 0.24V，相应的瞬态时间则有之前的8.1ms降低到了 1.5ms，由轻载向重载跳变时系统的响应性能得到了大幅度的提升。
[0040]图11是优化后系系统由IA的重载直接跳变到0.025A轻载时的动态响应，由图10可知，优化后系统由IA直接跳变到0.025A时，系统的上冲基本维持不变，但相应的瞬态响应时间则由之前的16ms降低到了 10ms，由重载向轻载跳变的瞬态响应时间得到了减少。
【主权项】
1.一种改善多模式数字原边反激变换器动态性能的控制系统，交流电经过整流桥、共模电感、输入电容、RCD网络后输出给原边绕组，副边绕组通过输出电容和整流二极管后的输出电压经由辅助绕组通过分压电阻采样，作为输出电压反馈信号输出给含有波形分析模块、DAC模块、PI补偿模块、模式选择模块、参数设置模块以及驱动及RS触发器模块构成的多模式控制模块，多模式控制模块根据反馈信号选择合适的工作模式，经过驱动及RS触发器模块产生PWM波形，控制原边开关管的栅极，从而实现多模式数字控制； 其特征在于:在多模式控制模块中增设负载分析模块，用于检测负载电压是否有大范围的变化以及输出电压的变化趋势，从而选择切换到合适的工作模式，以改善变换器的动态性能；辅助绕组通过分压电阻采样的输出电压反馈信号通过四个比较器后输入到波形分析模块，波形分析模块得到数字参考电压Vref，并分别输入到负载分析模块和PI补偿模块，DAC模块将波形分析模块的输出转换为模拟值作为波形分析模块前的比较器的输入，PI补偿模块给出峰值电压补偿值Vpeak_pi并输入到模式选择模块和参数设置模块，模式选择模块与负载分析模块双向连接，模式选择模块输出当前工作模式work_mode给负载分析模块，然后负载分析模块通过对当前时刻的Vref (η)与上一时刻的Vref (η_1)的差值和当前工作模式的分析给出模式选择detjnode并输入到模式选择模块，模式选择模块根据模式选择det_mode和峰值电压补偿值Vpeak_pi给出当前合适的工作模式并输入到参数设置模块，由参数设置模块给出当前工作模式下所对应的控制参数峰值电流CS和周期Ts，然后经过驱动及RS触发器模块产生PffM波形，控制原边开关管的栅极，实现多模式动态数字控制; 负载分析模块包括寄存器、减法器、比较器、数据选择器、模式赋值模块、模式变换检测模块和模式判断模块，Dl和D2两个寄存器分别用来存储当前时刻的Vref (η)和上一个时刻的Vref (n-1)，Vref (η)和Vref (η_1)输入到减法器里得到两次采样的输出电压差值Δ Vref并通过比较器与阈值Λ Vref_th比较，数据选择器用来选择不同工作模式下的阈值Λ Vref_th，Δ Vref_th的确定方法为对应工作模式下保证输出电压不会出现大过冲时采样电压变化的最大值；为了提高动态性能，提前判断负载最合适的工作模式，当工作模式work_mode发生变化时，模式变换检测模块检测到工作模式的变化，并输出时钟信号给D3、D4和D5三个寄存器，通过D3、D4和D5三个寄存器存储最近三次模式发生变化时的Vref值，即Vrefl、Vref2和Vref3，将它们输入到模式判断模块，通过模式判断模块内的比较器确定它们之间的大小关系，这些比较得到的数据可以用来判断当前负载工作下最合适的模式，并通过模式赋值模块给出对应的模式选择detjnode到多模式控制模块里的模式选择模块； 负载分析模块包括以下执行过程: (I)通过判断参考电压差Λ Vref的大小判断负载是否出现了大范围的负载跳变，这里定义Λ Vref为两次采样的输出电压差值，定义前一个开关周期采样的输出电压数字值为Vref (n-Ι)，当前开关周期采样的输出电压数字值为Vref (η)，则有ΔVref = Vref(n)-Vref(n-1) 同时负载分析模块中定义了一个Λ Vref的阈值Λ Vref_th，其中阈值Λ Vref_th的大小由当前工作模式work_mode给出，经过比较器比较后，如果Λ Vref的值大于Λ Vref_th，则认为当前的负载发生了大范围的跳变，将恒压脉宽调制模式CV_PWM赋予模式选择det_mode,负载从当前工作模式直接跳变到PffM模式，以快速补偿能量，防止电压出现过大的下冲； (2)通过观察在负载切换的模式跳变过程中Vref的变化趋势，直接判定当前负载适合的模式，避免模式之间的来回切换；比如，当PWM模式切换到PFM模式时，采样这时候的输出电压值Vrefl，当离开这个模式切换到DPffM模式时采样这时候的输出电压值Vref2，如果Vref2的值大于Vref 1，说明当前模式对于负载来说能量偏高，不是适合的模式，则同样的方式采样到Vref 3，如果Vref 3小于Vref 2，说明DPFM模式能量偏低，那么，DPffM模式就是合适的模式，当采样电压在DPFM模式中下降到等于程序设定参考值后，将模式选择det_mode的值设置为DPffM模式，这样系统能够工作在合适的模式而不会在两个模式之间来回的切换； (3)负载分析模块程序优先判断是否出现轻载到重载的跳变，如果出现，将恒压脉宽调制模式CV_PWM模式赋予模式选择det_mode，否则将软启动模式SOFT_START赋予模式选择detjnode，然后程序判断是否出现重载向轻载跳变且振荡，如果出现则依照之前的原则将模式选择det_mode置于能量合适的模式。
【专利摘要】一种改善多模式数字原边反激变换器动态性能的控制系统，交流电经过整流桥、共模电感、输入电容、RCD网络后输出给原边绕组，副边绕组的输出电压经由辅助绕组通过分压采样，作为反馈信号输出给含有波形分析模块、DAC模块、PI补偿模块、模式选择模块、参数设置模块以及驱动及RS触发器模块构成的多模式控制模块，多模式控制模块根据反馈信号选择合适的工作模式，经过驱动及RS触发器产生PWM波形，控制原边开关管的栅极，从而实现多模式数字控制。本发明在多模式控制模块中增设了负载分析模块，用于检测负载电压是否有大范围的变化以及输出电压的变化趋势，从而选择切换到合适的工作模式，以改善变换器的动态性能。
【IPC分类】H02M7/40
【公开号】CN105141155
【申请号】CN201510681786
【发明人】孙伟锋, 吴乙雨, 周健洋, 徐申, 陆生礼, 时龙兴
【申请人】东南大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年10月20日