[发明专利]一种基于数字电流型PWM的反馈信号斜波补偿电路

说明书

技术领域

本发明属于一种可以应用于数字焊接的电源设备，涉及到电力电子器件以及开关电源和焊接电源的应用。

背景技术

焊接电源的动态响应是指该电源系统在负载发生瞬变时，系统输出量从初始状态到达稳定状态的过程，电源的动态响应反映了电源对负载发生突变时的应变能力，是评估电源环路稳定性最重要的手段之一。随着数字化焊接电源的大力发展，开关电源的控制方法在数字逆变焊机也得到了相当广泛的应用。相应的开关电源控制方法中包括脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM)及混合调试三种方式，其中PWM调试方式具有线性度好、负载调整率高以及热稳定性好等特点，使其得以广泛的应用到电源控制系统中。PWM调试方式中以电压型PWM控制和电流型PWM控制最为常见。而相对于电压型PWM控制方案，电流型PWM控制方案具有以下优点：由于电感中的电流以输入电压减去输出电压的斜率上升，对输入电压的变化该波形可立即做出响应，从而消除了延迟响应；由于误差放大器用于控制输出电流而非电压，输出电感器的影响被降至最低，且滤波器给反馈环路提供了单个极点；采用电流型PWM的控制方法，逐个脉冲电流限制，具有良好的动态性能。电流型PWM控制方法可分为峰值电流型和平均值电流型两种控制方法。目前应用较广最为常见的是峰值电流型控制方法，其工作原理为，将反馈电压与参考电压输入到误差放大器，然后输出误差信号，该误差信号与原边的电流采样信号输入到比较器，进行比较之后通过输出的占空比信号来控制控制开关管的导通和关断。该方法是一种电压、电流双闭环的控制方法。但是，峰值电流型PWM控制方法中，当占空比大于50％时，开环不稳定，系统将会出现震荡。为此本发明设计了一种基于电流型PWM的反馈信号斜波补偿电路，为使得在占空比大于50％情况下，反馈电流的信号波形上叠加一周期、占空比相一致的正斜率的补偿信号，可逐渐减小扰动信号带来的振荡，最终系统趋于稳定。

发明内容

本发明的目的在于，通过设计一种专用的斜波补偿电路来提供一个稳定可靠的正斜率补偿叠加信号，来解决峰值电流型PWM控制方法中，当占空比大于50％时开环不稳定且系统震荡问题。具体的实施方法如下：

本发明主要利用集成芯片来提供稳定的恒流源对电容提供能量，然后利用PWM-CHIP芯片产生的PWM控制信号来对电容进行充放电，从而产生与PWM周期与占空比相一致的斜波，此后斜波信号通过运算放大器后形成一个稳定的斜波电压信号，再与原边电流反馈电路进行分压叠加，使其得到一个稳定可靠的斜率补偿叠加信号，最终实现峰值电流型PWM的控制方法。

VCC为供电电源，可控精密稳压源Z1、三极管Q1及电阻R1、R2组成一个简单的恒流源电路形成稳定的恒流充电电路为电容C1提供能量。PWM控制芯片产生的PWM控制信号直接用于控制开关管Q3；开关管Q3及电阻R3配合连接VCC使用，致使开关管Q2按照电流型PWM周期、占空比相一致的信号来对电容C1进行同步放电。即当开关管Q3导通时，开关管Q2关断，恒流充电电路给电容C1充电，且充电电压遵照U＝It/c规律上升；当开关管Q3关断时，开关管Q2导通，电容C1通过开关管Q2直接接地，放电电流大于恒流充电电流，电容C1放电，电压迅速降至低电平。电容C1的充放电产生的斜波电压信号通过运算放大器U1输出稳定的电压信号，即斜波补偿信号Vc。斜波补偿信号Vc通过与传感器采集的原边电流反馈信号Vs、接地信号通过电阻进行分压叠加，最终得到稳定可靠的斜波补偿叠加信号Vs+c进入控制芯片，完成数字峰值电流型PWM的控制方案。

附图说明

图1为数字峰值电流型PWM控制电路原理图

图2为斜波补偿电路原理图

图3为关键节点信号时序示意图

具体实施方式

本电路的具体实施方式如下：

本电路通过产生并叠加斜波补偿信号来解决数字峰值电流型PWM控制方法中占空比大于50％情况下系统振荡问题。反馈电流的信号波形上叠加本电路产生的与其周期、占空比相一致的正斜率的补偿信号，可逐渐减小扰动信号带来的振荡，最终系统趋于稳定。