CN105356746A - 用于电源变换器的导通时间产生电路及电源变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电源变换器的导通时间产生电路及电源变换器，本发明增设了带通滤波电路，所述的第二参考信号的直流分量等于第一参考信号，微分电路能够起到微分的作用，能够快速反应输出电压的变化，并及时作出反馈和调整，第二参考信号的交流分量的变化趋势与输出电压的变化趋势相反。本发明在输出电压发生突变时，第二参考信号能够及时作出反馈和调整，以减少输出电压突变所产生的影响，并使输出电压快速恢复恒定。

Description

用于电源变换器的导通时间产生电路及电源变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于电源变换器的导通时间产生电路及电源变换器。
背景技术
电源变换器通过功率级电路的电压转换实现预期的输出，并保持输出电压恒定，即通过控制功率级电路中的主功率开关管的导通状态来调节输出电压。因此，需要通过采样输出电压，根据输出电压与相应参考电压的比较结果，实现反馈以控制主功率开关管的通断状态。
在固定导通时间的工作模式下，输出电压采样信号与相应的参考电压作误差处理后，得到反馈补偿信号，所述的反馈补偿信号与表征电感电流的电流采样信号进行比较，用以产生开通主功率开关管的开通信号。固定导通时间产生电路将斜坡信号与相应的参考信号进行比较，当主功率开关管导通时，斜坡信号从零开始线性上升，在斜坡信号达到该参考信号时，则产生关断信号以控制主功率开关管关断，斜坡信号则在该关断时刻处瞬时将为零，斜坡信号在这个过程中所经历的时间即表征了当前的导通时间。
固定导通时间模式下，只能通过调节关断时间来调节占空比。在负载跳变的情况下，现有技术仅能调节关断时间，占空比的调节速度和动态响应速度较慢。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于电源变换器的导通时间产生电路及电源变换器，用以解决现有技术存在的占空比的调节速度和动态响应速度较慢的技术问题，以提高现有固定导通时间控制的响应速度。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的用于电源变换器的导通时间产生电路，包括斜坡信号产生电路和第一比较器，所述的斜坡信号产生电路用于产生斜坡信号，所述的导通时间产生电路还包括带通滤波电路，所述带通滤波电路的第一输入端接收第一参考信号，其第二输入端接收所述电源变换器的输出电压信号或表征输出电压的电压采样信号，所述的带通滤波电路输出第二参考信号，所述的第二参考信号的直流分量等于第一参考信号，所述的第一比较器的第一输入端接收所述的第二参考信号，所述的第一比较器的第二输入端接收所述的斜坡信号。
优选地，所述的带通滤波电路包括运算放大器、微分电路和第一电阻，所述运算放大器的第一输入端作为所述带通滤波电路的第一输入端，用以接收所述的第一参考信号，所述的微分电路的输入端作为带通滤波电路的第二输入端，用以接收所述的所述电源变换器的输出电压信号或表征输出电压的电压采样信号，所述微分电路的输出端连接于所述运算放大器的第二输入端；所述的第一电阻连接在运算放大器的第二输入端和运算放大器的输出端之间。
优选地，所述的微分电路包括第二电阻和第一电容，所述的第二电阻的第一端接收所述电源变换器的输出电压信号或表征输出电压的电压采样信号，第二电阻的第二端与第一电容的第一端连接，所述的第一电容的第二端连接在运算放大器的第二输入端上。
优选地，所述的斜坡信号产生电路包括第二电容、第一开关和第一电流源，所述的第二电容和第一开关并联，将控制主功率开关管导通状态的PWM信号取反作为第一开关的控制信号，所述的第一电流源对第二电容充电。
优选地，所述的带通滤波电路还包括第三电容，所述的第三电容与所述第一电阻并联。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种以下结构的电源变换器，包括以上任意一种用于电源变换器的导通时间产生电路，由导通时间产生电路产生的斜坡信号与第二参考信号进行比较，输出用于关断主功率开关管的关断信号。
优选地，表征电源变换器的输出电压的电压采样信号与第三参考信号分别输入误差放大器进行误差处理，得到反馈补偿信号，所述的反馈补偿信号与表征电源变换器的电感电流的电流采样信号进行比较，产生用于开通主功率开关管的开通信号。
采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：本发明增设了带通滤波电路，所述的第二参考信号的直流分量等于第一参考信号，微分电路能够起到微分的作用，具有相位超前的特点，能够快速反应输出电压的变化，并及时作出反馈和调整，第二参考信号的交流分量的变化趋势与输出电压的变化趋势相反。本发明在输出电压发生突变时，第二参考信号能够超前调节导通时间，以减少输出电压突变所产生的影响，并使输出电压快速恢复恒定；在稳态时，输出电压波动很小，带通滤波电路对波动很小的信号具有衰减的作用，所以稳态时导通时间基本不变。
附图说明
图1为应用本发明导通时间产生电路的电源变换器的电路结构图；
图2为图1中本发明的工作波形图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1所示，示意了本发明应用本发明导通时间产生电路的电源变换器的具体电路图。所述的电源变换器包括主功率开关管M1、电感L、续流管M2以及控制电路，所述的控制电路包括输出电压反馈电路和导通时间产生电路，所述的输出电压反馈电路包括输出电压采样电路、电感电流采样电路、误差放大器和第二比较器，所述的输出电压采样电路为由两个电阻组成的分压电路，所述的分压电路接收电源变换器的输出电压Vo，并输出电压采样信号FB。将所述的输出电压采样信号FB和第三参考信号ref3分别输入误差放大器Gm进行误差处理，由误差放大器Gm输出反馈补偿信号Vc，所述的电流采样电路Ri用于采样流经电感L的电流iL，得到电流采样信号isense，所述的反馈补偿信号Vc与电流采样信号isense分别输入第二比较器comp2，由所述的第二比较器comp2输出开通信号Vs。
所述的导通时间产生电路，包括斜坡信号产生电路和第一比较comp1，所述的斜坡信号产生电路用于产生斜坡信号ramp，所述的导通时间产生电路还包括带通滤波电路，所述带通滤波电路的第一输入端接收第一参考信号ref1，其第二输入端接收所述电源变换器的输出电压信号Vo或表征输出电压的电压采样信号FB，所述的带通滤波电路输出第二参考信号ref2，所述的第二参考信号ref2的直流分量等于第一参考信号ref1，所述的第一比较器comp1的第一输入端接收所述的第二参考信号ref2，所述的第一比较器comp1的第二输入端接收所述的斜坡信号ramp。所述的第二参考信号ref2与斜坡信号ramp进行比较，从而产生用于关断主功率开关管M1的关断信号Vr，关断信号关断信号Vr的低电平宽度表征了主功率开关管M1的导通时间。所述的开通信号Vs和关断信号Vr分别输入RS触发器的置位端S和复位端R，所述的RS触发器的输出端Q经驱动电路Driver后得到PWM信号，用于控制主功率开关管的通断。
所述的带通滤波电路包括运算放大器OPA、微分电路和第一电阻R1，所述运算放大器OPA的第一输入端作为所述带通滤波电路的第一输入端，用以接收所述的第一参考信号ref1，所述的微分电路的输入端作为带通滤波电路的第二输入端，用以接收所述的所述电源变换器的输出电压信号Vo或表征输出电压的电压采样信号FB，所述微分电路的输出端连接于所述运算放大器OPA的第二输入端；所述的第一电阻R1连接在运算放大器OPA的第二输入端和运算放大器OPA的输出端之间。所述的微分电路包括第二电阻R2和第一电容C1，所述的第二电阻R2的第一端接收所述电源变换器的输出电压信号Vo或表征输出电压的电压采样信号FB，第二电阻R2的第二端与第一电容C1的第一端连接，所述的第一电容C1的第二端连接在运算放大器OPA的第二输入端上。
所述的斜坡信号产生电路包括第二电容C2、第一开关K1和第一电流源i1，所述的第二电容C2和第一开关K1并联，将控制主功率开关管M1导通状态的PWM信号取反作为第一开关K1的控制信号，所述的第一电流源i1对第二电容C2充电。所述的第一开关K1在主功率开关管M1导通时刻截止，以实现第一电流对第二电容充电，第一开关K1在主功率开关管M1关断时刻导通，对第二电容瞬时放电。
所述的带通滤波电路还包括第三电容C3，所述的第三电容C3与所述第一电阻R1并联。第三电容C3作为积分电路，起到了积分的作用。
由图1可知，第一参考信号ref1是自适应导通时间的基准，FB或Vo与第一参考信号ref1通过带通滤波电路产生第二参考信号ref2，第一参考信号ref1和第二参考信号ref2直流电压相等。其中由第二电阻R2和第一电容C1组成的微分电路起到微分的作用，用于快速反应Vo的变化。第三电容C3起到积分的作用，用于滤除高频噪声。微分电路相位超前，能快速反应Vo的变化趋势。第二参考信号ref2与Vo的交流变化趋势相反，直流电压跟随第一参考信号ref1。当Vo瞬间减小时，第二参考信号ref2会突然增加，此时导通时间增加；当Vo瞬间增大时，第二参考信号ref2会突然减小，导通时间也相应减少。
所述的第一参考信号ref1由参考信号产生电路生成，所述的参考信号产生电路包括第四电容C4、第三电阻R3、第二开关K2和第二电流源i2，所述的第四电容C4和第三电阻R3并联，所述的第二电流源i2经第二开关K2对第四电容C4充电，将控制主功率开关管M1导通状态的PWM信号作为第二开关K2的控制信号。所述的参考信号产生电路与斜坡信号产生电路存在技术上的联系，在主功率开关管M1的关断时刻，第一参考信号ref1等于斜坡信号ramp，即i1·Ton/C2＝ref1＝i2·R3·D，D是指PWM信号的占空比，Ton为导通时间，Ton＝i2·R3·C2·D/i1，由于所述的第一电流源i1和第二电流源i2均与输入电压Vin成正比，所述导通时间Ton仅与R3、C2、D，由于参数R3、C2已经设定，因此该开关周期的导通时间Ton与PWM信号的占空比有关，因此第一参考信号ref1为动态自适应基准。所述的参考信号产生电路包括有RC滤波电路，经过RC滤波电路后得到的第一参考信号ref1更为稳定。
参考图2所示，示意了本发明的工作波形图，与图1相对应。图2中示意了输出电压信号Vo、第二参考信号ref2和用于表征导通时间的脉宽信号Ton。正常工作的情况下，输出电压信号Vo保持动态恒定。通过斜坡信号ramp从零上升至第二参考信号ref2的时间来计算主功率开关管M1的导通时间，以及得到主功率开关管M1的关断时刻，斜坡信号ramp在达到第二参考信号ref2后瞬时回零。脉宽信号Ton表征了主功率开关管M1的导通时间，用脉冲宽度表征了斜坡信号ramp从零上升至第二参考信号ref2的时间。
图2中示意了输出电压信号Vo突然减小和突然增大的两种情况，当输出电压信号Vo突然减小时，由于带通滤波电路的作用，第二参考信号ref2能够及时根据该突变作出反应，第二参考信号ref2的变化趋势与输出电压信号Vo相反，此时第二参考信号ref2及时增大，以提前作出反馈，让输出电压信号Vo在较短时间内恢复正常。同理，在输出电压信号Vo突然增大时，第二参考信号ref2及时减小，以提前作出反馈，让输出电压信号Vo在较短时间内恢复正常。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于电源变换器的导通时间产生电路，包括斜坡信号产生电路和第一比较器，所述的斜坡信号产生电路用于产生斜坡信号，其特征在于：所述的导通时间产生电路还包括带通滤波电路，所述带通滤波电路的第一输入端接收第一参考信号，其第二输入端接收所述电源变换器的输出电压信号或表征输出电压的电压采样信号，所述的带通滤波电路输出第二参考信号，所述的第二参考信号的直流分量等于第一参考信号，所述的第一比较器的第一输入端接收所述的第二参考信号，所述的第一比较器的第二输入端接收所述的斜坡信号。
2.根据权利要求1所述的用于电源变换器的导通时间产生电路，其特征在于：所述的带通滤波电路包括运算放大器、微分电路和第一电阻，所述运算放大器的第一输入端作为所述带通滤波电路的第一输入端，用以接收所述的第一参考信号，所述的微分电路的输入端作为带通滤波电路的第二输入端，用以接收所述的所述电源变换器的输出电压信号或表征输出电压的电压采样信号，所述微分电路的输出端连接于所述运算放大器的第二输入端；所述的第一电阻连接在运算放大器的第二输入端和运算放大器的输出端之间。
3.根据权利要求2所述的用于电源变换器的导通时间产生电路，其特征在于：所述的微分电路包括第二电阻和第一电容，所述的第二电阻的第一端接收所述电源变换器的输出电压信号或表征输出电压的电压采样信号，第二电阻的第二端与第一电容的第一端连接，所述的第一电容的第二端连接在运算放大器的第二输入端上。
4.根据权利要求1或2所述的用于电源变换器的导通时间产生电路，其特征在于：所述的斜坡信号产生电路包括第二电容、第一开关和第一电流源，所述的第二电容和第一开关并联，将控制主功率开关管导通状态的PWM信号取反作为第一开关的控制信号，所述的第一电流源对第二电容充电。
5.根据权利要求3所述的用于电源变换器的导通时间产生电路，其特征在于：所述的带通滤波电路还包括第三电容，所述的第三电容与所述第一电阻并联。
6.一种电源变换器，其特征在于：包括权利要求1-5任意一种所述用于电源变换器的导通时间产生电路，由导通时间产生电路产生的斜坡信号与第二参考信号进行比较，输出用于关断主功率开关管的关断信号。
7.根据权利要求6所述的电源变换器，其特征在于：表征电源变换器的输出电压的电压采样信号与第三参考信号分别输入误差放大器进行误差处理，得到反馈补偿信号，所述的反馈补偿信号与表征电源变换器的电感电流的电流采样信号进行比较，产生用于开通主功率开关管的开通信号。
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