[发明专利]应用于开关变流器的电流观测器

说明书

技术领域

本发明涉及电流观测器，特别涉及一种应用于开关变流器的电流观测器。

背景技术

目前很多隔离型开关变流器（也称开关电源或者电源），如手机充电器或者LED驱动电源，负载需要电源的输出电流恒定。为此，通常需要采样输出电流，通过闭环反馈的方式实现输出电流的恒定。以图1所示的反激变流器为例，其输入与输出需要电气隔离。为了实现输出的恒流，在输出端，需要通过取样电阻采样，在副边进行恒流控制之后，误差信号经光耦反馈送到原边控制电路，调节开关管的开通和关断，实现恒流输出。图1所示现有技术方案由于副边电流采样电路和光耦的存在，增加了电路的复杂性，进一步，由于光耦存在老化问题，使电路的稳定性和使用寿命都受到一定影响。

针对上述问题，提出了很多的原边恒流控制方法，即无需输出电流采样和光耦元件，直接利用隔离变压器原边的信号，计算出输出电流的信息，并加以控制实现输出恒流。原边恒流控制的一个框图示意如图2所示。目前市场上有较多的集成电路实现这一功能，如Infineon公司的ICL8001G、MPS的MP4021、PI的LinkSwitch-PH系列等。在原边实现输出电流估算的方法也有多种多样，但大部分只能适用于断续模式（DCM模式）或者临界断续模式（CRM模式）的反激变流器，不能适用于连续模式（CCM模式）的反激变流器。如申请专利CN201010262226.0所利用的基于峰值采样保持的方法，但仅适用于断续以及临界断续模式。采样保持电路的延时，对输出电流估算的精度产生影响。申请专利CN201110111079.1提出了一种基于多个乘法器的输出电流估算方法，可以应用于连续模式的反激变流器，但其实现非常复杂，需要多个乘法器，乘法器的线性度对其输出电流估算的精度影响很大。若乘法器精度高，则输出电流估算精度高，但是乘法器设计复杂、成本高；若乘法器精度低，则精度低，但乘法器成本低。

图3-5所示是反激变流器在各种模式下的工作波形。其中，Vgs是原边开关Q1的门极驱动信号，Isw是原边开关的电流信号，Isec是变压器副边的电流，其平均值就是输出电流。Iavg是原边开关电流Isw在一个周期内的平均值。Ton_p就是原边开关导通的时间，Ton_s为副边二极管Dr的导通时间。ZCD信号是指示副边二极管导通时间的信号，在Ton_s时间段内，为高电平。Va是变压器辅助绕组的信号，用于产生ZCD信号，也称为过零检测、零电流检测等，在本领域属于常识。不失一般性，在一个开关周期内的输出电流可以表示为：

Io=N·Iavg·Ton_sTon_p---(1)]]>

其中N是变压器的匝比（原边比副边），对一个具体变压器而言，N为恒定值，输出电流的表达式也可以不考虑匝比N（因为是常数），即也可以表示为：

Io=Iavg·Ton_sTon_p---(2)]]>

在现有技术中，需要采用乘法器（除法器）实现公式（2）所代表输出电流估算。如前所述，其性能和成本取决于乘法器，乘法器精度高，则输出电流估算精度高，但是乘法器设计复杂、成本高；若乘法器精度低，则精度低，但乘法器成本低。

如何简单、可靠实现适用于所有工作状况的反激变流器的输出电流估算方法，并具有高的计算精度，这一问题仍然没有得到很好解决。