[发明专利]一种原边反馈反激式电源CCM与DCM模式的恒流控制系统

摘要

一种原边反馈反激式电源CCM与DCM模式的恒流控制系统，包括电流检测模块，输出反馈模块，电流计算模块，误差计算模块，PID模块、PWM模块以及驱动模块构成的控制系统，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环，电流检测模块、输出反馈模块采集实现恒流算法的基本参数，电流计算模块在开关导通阶段计算原边电感的平均电流，根据输入与输出的匝比关系，计算次级输出电流的平均电流，并通过对该电流进行时间上积分求平均得到输出电流，该输出值在数字PID模块中执行补偿算法，补偿值递交给PWM控制模块，经驱动模块输出合适的占空比，从而控制数字电源的高精度恒流。

主权项

一种原边反馈反激式电源CCM与DCM模式的恒流控制系统，其特征在于：包括电流检测模块、输出反馈模块、电流计算模块、误差计算模块、PID模块、PWM模块以及驱动模块构成的控制系统，该控制系统与受控的开关电源连接起来构成一个闭环；电流检测模块用于采集实现恒流算法的基本参数，电流检测模块的输入信号包括PWM模块给定的原边峰值电流Ipeak经转化后的峰值电压数字值Vp_dig、PWM模块输出的开关控制信号duty以及原边采样电流电阻的电压Vs，电流检测模块输出信号包括开关管的导通时间ton、开关导通期间Vcomp1＝0且Vcomp2＝0对应的时间长度t1、开关导通期间Vcomp1＝0且Vcomp2＝1对应的时间长度t2和驱动模块造成的延时tdelay四个时间信号，以及输出给PWM模块的信号Vcomp1，电流检测模块包括一个DAC单元，两个比较器COMP1及COMP2以及一个时钟计数单元，DAC单元的输入是峰值电压数字值Vp_dig，输出为对应的模拟电压量Vp，比较器COMP1的正端连接原边采样电流电阻的电压Vs，负端连接原边峰值电流Ipeak对应的模拟电压量Vp，比较器COMP2的正端连接原边采样电流电阻的电压Vs，负端连接原边峰值电流Ipeak对应模拟电压量Vp的部分分压Vp_k，其中Vp_k＝k*Vp，0＜k＜1，k是根据输入电压最低且负载最大时，Vcomp1＝0的时间长度为Vcomp2＝0的时间长度的1.5倍到2.5倍来选取的，比较器COMP1的输出信号Vcomp1和比较器COMP2的输出信号Vcomp2均为时钟计数单元的输入信号；输出反馈模块用于采集实现恒流算法的基本参数、计算次级电感电流的占空比，输出反馈模块的输入信号包括辅助绕组采样电压Vsense和PWM模块输出的开关控制信号duty，输出反馈模块的输出信号包括时间信号tr值和模式识别信号flag，输出反馈模块包括一个比较器COMP3，比较器COMP3的正端连接辅助绕组采样电压Vsense，比较器COMP3的负端接地，比较器COMP3的输出Vcomp3为时间信号tr值和模式识别信号flag，在tr值的计算上DCM模式和CCM模式不同，对于DCM模式，当副边电流为0的时候，辅助绕组上的电压会出现谐振现象，为了更为精确的计算tr值，Vcomp3＝1对应的系统时间内需要扣除掉四分之一的谐振周期才是准确的tr值，对于CCM模式，在duty＝0期间，Vcomp3始终为1，此时duty＝0的时间段即为tr值，flag＝1表示CCM工作模式，flag＝0表示DCM工作模式，其判断的依据就是在次边电流恢复到0后，辅助绕组上分压电阻上的电压是否出现谐振，如果出现谐振，表示处于DCM工作模式，如果没有出现谐振，表示处于CCM工作模式；电流计算模块用于在开关导通阶段计算原边电感电流的平均值Iav，该模块的输入信号包括电流检测模块输出的四个时间信号t1、t2、ton和tdelay以及输出反馈模块的输出信号tr、flag和PWM模块的输出信号Vp_dig，利用flag信号判别采用DCM还是CCM计算模型，电流计算模块输出信号是二进制数字量Iav_dig；误差计算模块包括精确数字给定、减法器、偏差计算及偏差变化率计算单元，减法器正端连接精确数字给定单元输出的二进制数字常量Iref，该值根据系统的设计指标而给定，减法器负端连接电流计算模块输出的二进制数字量Iav_dig，减法器的输出通过偏差计算单元得到二进制的当前采样周期的电压偏差数字量εμ(tn)，将其通过偏差变化率计算单元与上一个采样周期二进制电压偏差数字量εμ(tn‑1)相减得到二进制数字量的偏差变化率Δεμ(tn)；PID模块包括微分、比例、积分及求和四个运算单元，积分与比例单元的输入为二进制的电压偏差数字量εμ(tn)，微分单元的输入为二进制的偏差变化率Δεμ(tn)，将微分、比例、积分三个运算单元的输出在求和运算单元中求和，求和运算模块输出补偿结果为二进制的数字量VPI；PWM模块的输入为PID模块的补偿结果VPI以及电流检测模块输出的Vcomp1；通过PID模块补偿结果VPI以及Vcomp1计算得到正常控制时开关周期与占空比的信息，得到周期与占空比信息后，PWM模块输出开关周期Ts值和原边峰值电流Ipeak值给驱动模块，其中Ts值是PWM模块根据输入信号计算得到的下一个开关周期的长度，而Ipeak则限定了原边采样电阻上的最大峰值电流；同时PWM模块利用PID模块输出的VPI值，输出信号Vp_dig，该信号Vp_dig用于电流检测模块以及电流计算模块的信息处理；驱动模块的输入为PWM模块输出的信号Ts以及Ipeak，Ipeak值限定了原边采样电阻上的最大电流，而该电流是正比于功率管的导通时间的，因此Ipeak也就限定了功率管的导通时间，结合上述的两个输入信号，驱动模块输出占空比波形，即duty信号，该信号控制功率管的栅极，实现对环路的控制；同时duty信号也是电流检测模块以及输出反馈模块进行信息处理的一个输入信号；重复上述过程进行循环控制开关电源功率管的开通和关断，以使系统更加稳定，从而获得更高的恒流精度。