[发明专利]一种提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法

摘要

本发明公开了一种提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，针对已有的小功率DCM下的动态控制算法存在的不足，尤其是重载切轻载情况下，动态恢复时间过长的缺陷，通过控制变换器原边开关管的关断和副边同步整流管以固定占空比开关，抽取输出端负载电容的能量至原边，使输出电压迅速下降，同时一直以固定的频率对输出电压进行采样，当输出电压降低至额定值时，根据负载大小判断出此时系统对应的跳出高动态模式后的稳态模式，然后系统进入稳态模式。本发明能够将输出电压缩短在2.5ms内，并且系统在离开动态模式进入稳态模式时输出电压纹波很小，显著提高了大功率下反激变换器的动态性能。

主权项

1.一种提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，其特征在于：在原边反馈主拓扑结构下，副边采用同步整流的结构，基于数字多模式控制，设置采样模块、多模式判断模块、数字PID模块、高动态控制模块、负载点判断模块和PWM驱动模块构成的控制系统与被控的开关电源构成闭环；1)采样模块对原边辅助绕组上的电阻分压Vsense进行采样，得到当前的输出电压值Vo_sample和输出电压与其额定值V_{O_REF}的误差信号err＝V_{O_REF}－Vo_sample；2)多模式判断模块接收由采样模块采集到的输出电压值Vo_sample，输出模式判断信号mode_dynamic给高动态控制模块和负载点判断模块，判断系统进入动态工作模式或稳态工作模式中的哪一种；若输出电压值Vo_sample≥设定的输出电压上限值Vomax，多模式判断模块输出的模式判断信号mode_dynamic＝1，说明系统发生了较大范围的负载切换，系统处于由重载切到轻载的状态，系统进入动态工作模式，即HTL模式，动态工作模式下，数字PID模块不工作；否则，多模式判断模块输出的模式判断信号mode_dynamic＝0，系统进入稳态工作模式，稳态工作模式下，高动态控制模块和负载点判断模块均不工作；3)在动态工作模式下，高动态控制模块输出占空比信号Duty_SR_dynamic给PWM驱动模块，通过PWM驱动模块关断原边主开关管，并采用固定周期Ts__HTL、固定占空比D_HTL的方式控制副边同步整流管的开关，在同步整流管开启的时间内，抽取输出端负载电容的能量至原边，使负载电容存储的能量迅速下降，从而使输出电压以固定的斜率迅速下降，采样模块一直对输出电压进行采样，当输出电压采样值Vo_sample下降至其额定值V_{O_REF}时，系统从动态工作模式跳转至稳态工作模式；4)负载点判断模块在动态工作模式下接收采样模块输出的输出电压值Vo_sample，通过对开关周期的计数得到输出电压的下降时间Δt，而输出电压变化量ΔVo_sample固定，则得到输出电压的斜率Kdown，输出电压的下降的斜率Kdown保持不变，而不同负载点下斜率Kdown不同，根据该斜率Kdown对应出此时的负载大小，判断出当下的负载点，进而根据当下的负载大小判断出动态过程结束时系统应处于的DPFM稳态工作模式及工作周期Ts_judge、原边峰值电流Ipeak，给出跳出状态判断信号state_judge和此时的开关周期Ts_judge，并将开关周期Ts_judge输入到PWM驱动模块，将状态判断信号state_judge输入到多模式判断模块，此后系统便进入稳态工作模式，采用传统的数字PID控制；5)稳态工作模式下，数字PID补偿模块根据采样模块输出的误差信号err和多模式判断模块输出的状态信号state，采用PID补偿算法，计算出控制电压补偿量V_PI，多模式判断模块根据控制电压补偿量V_PI的大小进行稳态多模式的切换，输出包括CCM、PWM、PFM、DPWM、DPFM中的一种稳态的state值，PWM驱动模块在稳态时，采用峰值电流控制，在不同的状态信号state下，根据控制电压补偿量V_PI计算原边主开关管的周期，根据当前的输出电压采样值Vo_sample计算副边同步整流管的占空比，副边同步整流管的周期与主开关管一致；6)PWM模块输出的占空比信号通过驱动模块得到调控开关电源主开关管以及副边同步整流管的PWM波形，实现恒压输出。