[发明专利]多路稳压隔离式数字DC/DC电源及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及DC/DC电源及控制方法，具体涉及一种隔离式、多路输出、各路精确稳压的数字DC/DC电源及控制方法。

背景技术

数字电源将所有模拟控制回路的反馈变量转换成数字量，并利用这些数字量计算控制响应，在数字域执行系统的所有控制算法，然后将数字化的控制信号传回系统，对系统进行控制。数字电源与模拟电源的区别主要在于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)反馈回路的数字控制和电源管理与通信。

传统的多路输出电源的拓扑结构有耦合电感式、加权反馈式、线性稳压式、磁放大器式、同步整流式和原边预稳压式，如说明书附图1至说明书附图6所示。耦合电感式(图1)、加权反馈式(图2)和线性稳压式(图3)中控制变量的个数小于输出电压的个数，只有一个控制器和单个控制变量，主路输出为闭环稳压控制，在输入母线和负载变化时能根据控制算法适当调整原边开关管的占空比实现稳压。辅路则采用开环的线性稳压或变压器耦合的方式实现调节，其输出电压会因为主路占空比变化引入交叉调整，而对本路的负载变化不敏感，稳定度较差。加权反馈式通过加权系数的方法虽然使输出支路的整体稳定度有所提高，但是所有输出支路都不能精确稳压。

磁放大器式(图4)和同步整流器式(图5)中控制变量的个数等于输出电压个数，可以实现各路输出电压精确稳压。但是，磁放大器不能空载、器件本身的抗振动性较差，应用范围窄；同步整流器式的缺点是由于同步整流技术的应用以及降低死区损耗的要求，器件的选择和驱动电路的设计较为严格，而且电路结构复杂当输出支路较多时成本价高。原边预稳压式方案(图6)输出电压开环控制，电路结构简单，但是当各路负载不平衡时的调节能力不足，而且采用线性稳压的方式在输出功率较大时整机的转换效率低。

多路精确稳压输出的电源需要多个控制回路，采用模拟电路实现时硬件电路复杂，控制器参数调整困难，控制性能受温度、湿度的影响大、输出电压不可调或需要配置调压电阻，使用不方便。

发明内容

为了解决现有模拟电源技术中存在的多路精确稳压输出时分立元器件数量多，参数离散性大，电路设计复杂；反馈信号易受光耦电流传输比非线性的影响无智能化的配置与管理功能，新电源设计周期长等技术问题，本发明提供了一种多路稳压隔离式数字DC/DC电源。

本发明还提供了一种多路稳压隔离式数字DC/DC电源控制方法。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为一种多路稳压隔离式数字DC/DC电源，所述DC/DC电源包括：主功率拓扑、隔离变压工作部、第一控制工作部、第二控制工作部、驱动电路工作部、电压及电流检测工作部和反馈及采样工作部，其中，所述第一控制工作部与所述隔离变压工作部连接，所述隔离变压工作部与所述主功率拓扑连接，所述主功率拓扑与所述电压及电流检测工作部连接，所述电压及电流检测工作部与所述反馈及采样工作部连接，所述反馈及采样工作部与所述第二控制工作部连接，所述驱动电路工作部分别与所述主功率拓扑和所述第二控制工作部连接。

根据本发明的一优选实施例：所述DC/DC电源还包括：用于为所述第一控制工作部供电的第一电源、用于为所述第二控制工作部供电的第二电源、参数存储器和通信接口，其中所述第一电源与所述第一控制工作部连接，所述第二电源与所述第二控制工作部连接，所述参数存储器和所述通信接口分别与所述第二控制工作部连接。

根据本发明的一优选实施例：所述第一控制工作部为原边控制器，所述原边控制器由FPGA芯片进行数字化控制，其工作频率为83MHz，输出占空比的频率为325kHz。

根据本发明的一优选实施例：所述第二控制工作部为副边控制器，所述副边控制器由FPGA芯片进行数字化控制与管理，其工作频率为80MHz，在非同步工作模式时输出占空比的频率为312kHz。

根据本发明的一优选实施例：所述通信接口为UART通信接口。

根据本发明的一优选实施例：所述参数存储器为EEPROM存储器芯片。

根据本发明的一优选实施例：所述主功率拓扑为所述隔离式数字DC/DC电源的主体和硬件基础，通过隔离变压器、主开关管、中间母线和后级的buck或buck/boost变换器等功率拓扑完成电源的能量变换；其中，所述中间母线实现所述隔离变压器与三个后级变换器的连接，即输入电压通过所述隔离变压器将能量转换到所述中间母线，而三个后级变换器从所述中间母线上获得能量后变换输出。