[发明专利]电压型滞环控制开关变换器的斜坡补偿方法及其装置

说明书

技术领域

    本发明涉及电压型滞环控制开关功率变换器的斜坡补偿控制方法及其装置。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。由于开关电源相对于传统线性稳压电源具有效率高、体积小等方面的优势，使得开关电源技术逐渐成为人们应用和研究的热点。电力电子器件的飞速发展更是给开关电源提供了一个很大的发展空间，使其朝着体积小，重量轻，效率高，功率密度大等方向发展，引起业内人士的广泛关注，应用前景广阔。开关电源主要由功率变换器和控制器两部分构成。功率变换器又称为功率电路，主要包括开关装置、变压器装置和整流滤波电路。常见的功率变换器拓扑结构有Buck变换器（降压变换器）、Boost变换器（升压变换器）、Buck-Boost变换器（升降压变换器）、正激变换器、反激变换器等。控制器能够检测功率变换电路输入或输出电压的变化，并据此产生相应开关信号控制功率变换电路开关装置的工作状态，从而调节传递给负载的能量以稳定开关电源输出。控制器的结构和工作原理由开关电源所采用的控制方法决定。对于同一功率电路拓扑，采用不同的控制方法会对系统的稳态精度、动态性能及稳定性等方面产生影响，因而控制方法的研究显得日益重要。开关电源的电压型滞环控制，因其良好的负载瞬态响应和简单的控制电路结构而在工业生产中得到了广泛的应用。然而，电压型滞环控制的控制性能受输出电容特性(如等效串联电阻)的影响很大。

开关电源的电压型滞环控制技术是一种开关频率可变的开关电源调制方法，也是一种基于输出电压纹波的控制方法。其控制思想是：利用两个比较器将输出电压分别与上、下限基准电压进行比较，当输出电压上升到上限基准电压时，与上限基准电压相接的比较器输出高电平复位RS触发器，使开关装置关断，输出电压下降；当输出电压下降到下限基准电压时，与下限基准电压相接的比较器输出高电平置位RS触发器，使开关装置导通，输出电压上升，从而控制输出电压在上下限基准电压环内，实现对输出电压及其纹波的控制。一般情况下，为了提高开关电源的工作寿命，输出滤波电容常采用非铝制电解电容，例如陶瓷电容等，其等效串联电阻值较小，无法克服由于输出电压纹波相位滞后电感电流相位造成输出电压超出上下限电压环，从而导致系统失控，稳态精度差，输出电压和电感电流纹波大，因而在很大程度上限制了控制电路的集成和推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电源的改进控制方法，通过引入合适的斜坡补偿电压，使之克服现有技术的以上缺点。

本发明在电压型滞环控制基础上，引入电感电流信号作为电压型滞环控制的斜坡补偿， 将上限基准电压减去斜坡补偿作为上限电压，将下限基准电压加上斜坡补偿作为下限电压，根据输出电压与上、下限电压的比较情况，控制器控制主电路开关装置的导通与关断。导通和关断时间根据比较情况可变，从而实现电压型滞环控制开关变换器的斜坡补偿控制。

本发明所采用的具体技术方案为：一种电压型滞环控制开关变换器的斜坡补偿方法，是通过电压采样电路，采样功率变换器的输出电压，分别反馈到两个比较器；同时通过电流采样电路，采样功率变换器的电感电流信号，分别反馈到减法器和加法器，反馈到减法器的电感电流信号与上限基准电压相减产生上限电压，反馈到加法器的电感电流信号与下限基准电压相加产生下限电压；输出电压经比较器与上限电压比较控制输出电压上限值，与下限电压比较控制输出电压的下限值；当输出电压上升到上限电压时，驱动脉冲信号使开关装置关断，当输出电压下降到下限电压时，驱动脉冲信号使开关装置导通，从而实现电压型滞环控制开关变换器的斜坡补偿控制。

本发明的另一个目的是提供实现上述电压型滞环控制开关变换器的斜坡补偿控制方法的装置。在同一发明构思下对应于实现电压型滞环控制开关变换器的斜坡补偿控制方法提出具体的实现装置。控制器装置由电压检测装置5、电流采样电路6、减法器7、加法器8、上限基准电压9、下限基准电压10、比较器11、比较器12、RS触发器13及驱动电路14组成。电压检测装置5检测到的输出电压，分别反馈到比较器11和比较器12；电流采样电路6采样的电感电流信号，分别反馈到减法器7和加法器8，反馈到减法器7的电感电流信号与上限基准电压9相减产生上限电压，反馈到加法器8的电感电流信号与下限基准电压10相加产生下限电压；输出电压通过比较器11与上限电压进行比较，通过比较器12与下限电压进行比较，两个比较器的输出均用于触发RS触发器13，产生脉冲控制信号，最后脉冲控制信号通过驱动电路14控制主电路工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：