[发明专利]开关变换器双缘脉冲频率调制V2型控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子设备，尤其是一种开关变换器的控制方法及其装置。

背景技术

近年来，随着电力电子器件和电力电子变流技术不断发展，开关电源技术作为电力电子的重要领域已成为应用和研究的热点。开关电源主要由开关变换器和控制器两部分构成。开关变换器又称为功率主电路，主要有降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)、正激、反激、半桥、全桥等多种拓扑结构。控制器用于监测开关变换器的工作状态，并产生控制脉冲信号控制开关管，调节供给负载的能量以稳定输出。对于同一个开关变换器，采用不同的控制方法的变换器具有不同的瞬态和稳态性能。

传统的脉冲宽度调制(PWM)电压型控制是常见的开关变换器控制方法之一，其控制思想是：将变换器输出电压与基准电压进行比较得到的误差信号经过误差放大器补偿后生成控制电压，并将控制电压与固定频率锯齿波进行比较，获得高、低电平的脉冲控制信号，再通过驱动电路控制开关管的导通和关断，实现开关变换器输出电压的调节。传统的PWM调制电压型控制方法实现简单，但因采用固定频率的锯齿波作为调制波，具有输入瞬态响应慢、负载瞬态响应慢等缺点，很难适用于要求具有快速的瞬态响应速度的场合。传统的PWM调制V²型控制方法采用输出电压纹波作为PWM调制波，具有快速的负载动态响应速度，在微处理器及便携式电子产品电源中有着广泛的应用前景。但是，传统的PWM调制V²型控制方法在占空比大于0.5时会产生次谐波振荡，严重影响了变换器的稳定性能。传统的恒定导通时间调制V²型控制是开关变换器脉冲频率调制(PFM)V²型控制方法之一，其基本思想是：每个开关周期开始时，开关管导通，变换器输出电压上升；经过恒定导通时间后，开关管关断，输出电压下降，当其下降至控制电压时，开关管再次导通，开始新的一个开关周期。与PWM调制V²型控制相比，采用PFM调制V²型控制方法的开关变换器的稳定性能好，在占空比大于0.5时不会产生次谐波振荡问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关变换器的控制方法，使之同时具有很好的瞬态性能和稳态性能，适用于多种拓扑结构的开关变换器。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：开关变换器双缘脉冲频率调制V²型控制方法，在一个采样脉冲信号CLK的开始时刻检测输出电压，将检测的输出电压值V_os和控制电压V_c同时送入时间运算单元，结合预设的恒定导通时间或恒定关断时间，运算生成三段时间t₁、t₂和t₃，每个周期依次采用t₁、t₂、t₃组成的控制时序，控制开关变换器开关管的导通与关断。

控制电压V_c由电压基准值V_ref和检测的输出电压值V_os经过受控误差补偿器产生。

本发明所述的一种开关变换器双缘脉冲频率调制V²型控制方法，三段时间t₁、t₂和t₃的产生方式有二：

①预设一个恒定导通时间T_ON，若t₁、t₃为导通时间且满足t₁+t₃=T_ON，则t₂为关断时间；若t₂为导通时间且满足t₂=T_ON，则t₁、t₃为关断时间；关断时间由K₁(V_os-V_c)+K₂T_ON决定，K₁、K₂为两个与输出电压纹波相关的系数。