CN101917120B - 用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置 - Google Patents

用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置，由峰值电流发生器(1)等组成；峰值电流发生器(1)根据所需控制的输出电流设置产生相应的峰值电流参考值作为峰值误差校正放大器(3)的一输入端控制信号；峰值电流检测器(2)用于检测实际的电感峰值电流其输出为峰值误差校正放大器(3)的另一输入端信号；峰值误差校正放大器(3)用于校正放大误差；峰值电流控制器(4)是将检测的实际电感电流与峰值误差校正放大器的输出比较以确定产生相应的PWM控制信号；PWM控制信号经MOSFET驱动器(5)功率放大，以控制MOSFET导通和关断。本发明能解决已有的峰值电感电流控制方法不适用于开关电源的恒流应用问题。

Description

用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及电流型开关电源的控制。更具体地说，本发明涉及一种用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制方法。
背景技术
在电流型开关电源控制中，峰值电感电流控制是一常用的控制方法，它用于各种电流型开关电源控制中，例如，恒定关断时间控制、电感电流临界断续控制等等。在实际应用中这峰值电感电流并非能够精确地控制。最常用的控制方法是由一比较器构成，即，这检测的电感电流信号在比较器中与一固定电压信号相比较；当这电感电流信号大于这固定电压信号，这比较器由“1”变“0”，从而通过电流型开关电源的驱动电路将其功率开关关断。在这最常用的控制方法中，这实际被控制的峰值电流并不等于所控制的峰值电流参考值。它与峰值电流参考值有一误差值ΔiL。它是受若干因素影响。其一是电感电流的上升率K；其二是比较器和驱动电路的传递延时时间Td和Tp；其三是这比较器的失调电压Voffset；其四是这比较器需要有一定的驱动能量，即相应的驱动电荷Q＝ΔV·ΔTd/2。正是这些因素影响，这被控制的峰值电感电流是随着这电流型开关电源的输入输出电压变化而变化(如图1所示)，随着输入电压增加，电感电流的上升率K增加。相对固定的传递延时时间Td和Tp，所对应的误差值ΔiL也增加。从而使得这电流型开关电源的输出电流随着其输入输出电压变化而变化。显然，要使这误差值ΔiL减小，这比较器和驱动器的传递延时时间Td和Tp必须减小。在实际系统实现中，要大幅度地减小这比较器和驱动器的传递延时时间Td和Tp是相当困难的。
在众多电流型开关电源应用中，其平均输出电流需要独立于其输入输出电压变化。如在发光二极管驱动应用中，这平均输出电流的精度要求能在5％以内。在电感电流临界断续控制中，这电感电流的平均输出电流是峰值电感电流的二分之一。要能够使这电感电流的平均输出电流精度能在5％以内，这需要将这峰值电感电流控制在相应的精度以内。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于开关电源的高精度电感峰值电流的控制装置及相应的控制方法，本发明能解决已有的峰值电感电流控制方法不适用于开关电源的恒流应用问题。
本发明是由峰值电流发生器，峰值电流检测器，峰值误差校正放大器，峰值电流控制器及MOSFET驱动器组成；峰值电流发生器根据所需控制的输出电流设置产生相应的峰值电流参考值；峰值电流检测器用于检测实际的电感峰值电流；峰值误差校正放大器用于校正放大误差，即，将检测的实际电感峰值电流与相应的峰值电流参考值之差的误差加以校正放大并作为峰值电流控制器的控制电压；峰值电流控制器是将检测的实际电感电流与峰值误差校正放大器的输出比较以确定产生相应的PWM控制信号；这PWM控制信号经MOSFET驱动器功率放大，以控制MOSFET导通和关断。
峰值电流检测器是由一个峰值检波器和采样保持器组成。峰值检波器是用于采集实际峰值电感电流值，而采样保持器是在功率开关关断期间采样保持峰值检波器的输出，这样采样保持器的输出是一随峰值电感电流变化的信号电压。
峰值误差校正放大器是由误差PID放大器组成。
峰值电流控制器是可由一般比较器组成。
目前现有的众多电流型开关电源应用中，其输出电流必须具有恒流功能；而本发明能解决已有的峰值电感电流控制方法不适用于开关电源的恒流应用问题。
本发明的优点是可以高精度地控制开关变换器的电感电流峰值。
本发明的优点是能够自动补偿由于电感电流的上升率、比较器和驱动电路的传递延时时间和比较器的失调电压所造成的误差。
本发明的优点是由于自动误差的校正补偿功能，而大大地减少对于比较器和驱动电路的性能要求，从而降低系统实现成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是已有开关电源峰值电感电流控制方法及相应的误差；
图1中：1----比较器；2---驱动器。
图2是本发明用于开关电源的高精度峰值电感电流控制方法构成的方框图；
图2中：1----峰值电流发生器；2----峰值电流检测器；3----峰值误差校正放大器；4---峰值电流控制器；5----MOSFET驱动器。
图3是本发明用于开关电源的高精度峰值电感电流控制方法具体实例电路图；
图3中：1----峰值电流发生器；2----峰值电流检测器(2-1峰值检波器；2-2采样保持器)；3----峰值误差校正放大器；4---峰值电流控制器；5----MOSFET驱动器。
图4是本发明用于开关电源的高精度峰值电感电流控制方法具体实例的时域波形图。
具体实施方式
实施例1、一种用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置，如图2所示，是由峰值电流发生器1、峰值电流检测器2、峰值误差校正放大器3、峰值电流控制器4及MOSFET驱动器5组成。
峰值电流发生器1根据所需控制的输出电流设置产生相应的峰值电流参考值作为峰值误差校正放大器3的一输入端控制信号；峰值电流检测器2用于检测实际的电感峰值电流其输出为峰值误差校正放大器3的另一输入端信号；峰值误差校正放大器3用于校正放大误差，即，将检测的实际电感峰值电流信号与相应的峰值电流参考值之差的误差加以校正放大并作为峰值电流控制器4的控制电压；峰值电流控制器4是将检测的实际电感电流与峰值误差校正放大器的输出比较以确定产生相应的PWM控制信号；这PWM控制信号经MOSFET驱动器5功率放大，以控制MOSFET导通和关断。
上述用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置的具体实例电路图如图3所示，其中峰值电流检测器2是由峰值检波器2-1和采样保持器2-2构成，其中采样保持器2-2是在功率开关关断期间采样保持峰值检波器2-1的输出，这样采样保持器2-2的输出是一随峰值电感电流变化的信号电压。峰值误差校正放大器3是由一般的运算放大器加补偿网络(如图中所示的电阻电容所构成)组成。峰值电流控制器1是由一般比较器构成，其一端输入是所检测的电感电流信号ViL，而另一端输入是峰值误差校正放大器3的输出Vref_c。可见本发明的开关电源高精度峰值电感电流控制器，由于其闭环调节功能可以使用一般低成本的功能块来实现开关电源的高精度峰值电感电流控制。
其时域波形图如图4所示。注意峰值电流控制器1的输出变化时刻，即，比较器信号关断时刻，电感电流达到Vref_c并没有达到其峰值Vref。电感电流还要经过峰值电流控制器4的比较器和MOSFET驱动器5的传递延时时间Td和Tp才能达到其峰值Vref。正由于峰值误差校正放大器3的作用，通过不断地检测比较实际峰值电感电流与设定峰值电感电流Vref的误差来校正实际峰值电流控制器1的动作电平Vref_c，从而使电感电流的峰值电流可以非常接近于峰值电流参考值Vref。由于峰值误差校正放大器的积分作用，可使得所对应的静态误差值ΔiL相当小，并且当峰值误差校正放大器3的带宽远大于输入电压变化的频率，所对应的误差值ΔiL基本不随其输入电压变化而变化，即，这峰值误差校正放大器3能够补偿由于电感电流的上升率、峰值电流控制器4的比较器和MOSFET驱动器5的传递延时时间和比较器的失调电压所造成的误差。由于自动误差的校正补偿功能，而大大地减少对于峰值电流控制器4的比较器和MOSFET驱动器5的性能要求，从而降低系统实现成本。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置，其特征是：由峰值电流发生器(1)、峰值电流检测器(2)、峰值误差校正放大器(3)、峰值电流控制器(4)及MOSFET驱动器(5)组成；峰值电流发生器(1)根据所需控制的输出电流设置产生相应的峰值电流参考值作为峰值误差校正放大器(3)的一输入端控制信号；峰值电流检测器(2)用于检测实际的电感峰值电流，且峰值电流检测器(2)的输出为峰值误差校正放大器(3)的另一输入端信号；峰值误差校正放大器(3)用于校正放大误差，即，将检测的实际电感峰值电流信号与相应的峰值电流参考值之差的误差加以校正放大并作为峰值电流控制器(4)的控制电压；峰值电流控制器(4)是将检测的实际电感电流与峰值误差校正放大器的输出比较以确定产生相应的PWM控制信号；这PWM控制信号经MOSFET驱动器(5)功率放大，以控制MOSFET导通和关断；
所述峰值误差校正放大器(3)可以为常规误差PID放大器。
2.根据权利要求1所述的用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置，其特征是：所述峰值电流检测器(2)可以由一个峰值检波器(2-1)和采样保持器(2-2)组成；峰值检波器(2-1)是用于采集实际峰值电感电流值，而采样保持器(2-2)是在功率开关关断期间采样保持峰值检波器(2-1)的输出，这样采样保持器(2-2)的输出是一随峰值电感电流变化的电压。
3.根据权利要求2所述的用于开关电源的高精度峰值电感电流的控制装置，其特征是：所述峰值电流控制器(4)可以由常规比较器组成。
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