CN105988496A

CN105988496A - 数字化电流控制装置

Info

Publication number: CN105988496A
Application number: CN201510068937.7A
Authority: CN
Inventors: 杨宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: CN105988496B

Abstract

本发明公开了一种用于开关电源的数字化电流控制装置，包括：第一采样处理模块201，用于得到输出反馈值；第二采样处理模块202，用于得到信号电容上的采样电压值；第一运算处理模块203，用于将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值进行运算处理，获取峰值预设值；第二运算处理模块204，用于将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值进行运算处理，获取控制信号；调制处理模块205，用于对所述控制信号进行数字调制处理，获取调制控制信号，以对开关电源功率电路进行控制。本发明提供的数字化电流控制装置，使电流峰值经过处理后作为一个变量参与到数字控制器的运算中，兼顾到系统的动态响应能力和稳定性。

Description

数字化电流控制装置

技术领域

本发明涉及电源控制技术，尤其涉及一种数字化电流控制装置。

背景技术

开关电源的峰值电流模式控制具有闭环响应快的优点，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均较快；峰值电流模式PWM（脉宽调制）控制是双闭环控制，电压外环控制电流内环，电流内环是按照逐个脉冲工作的，在电流峰值达到电流给定值的时候关断脉冲，从而限制电流峰值。

峰值电流模式控制一般是模拟控制，通过模拟比较器的输出决定脉冲的关断；如果采用数字控制，并采用逐个脉冲的工作方式，由于受限于数字采样的速度，数字比较器输出脉冲的关断时间点存在误差，脉冲宽度的调节不够精细，使得控制器的性能不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种数字化电流控制装置，包括：

第一采样处理模块，用于得到输出反馈值；第二采样处理模块，包括电流检测与处理电路、充电电路、信号电容、放电电路，用于得到信号电容上的采样电压值；第一运算处理模块，用于将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值进行运算处理，获取峰值预设值；第二运算处理模块，用于将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值进行运算处理，获取控制信号；调制处理模块，用于对所述控制信号进行数字调制处理，获取调制控制信号，以对开关电源功率电路进行控制。

所述第二采样处理模块用于得到信号电容上的采样电压值，具体过程为：电流检测与处理电路得到开关电流的波形信号，所述波形信号先通过串联有单向充电开关的充电电路对信号电容进行充电，然后由数字控制芯片对所述信号电容的电压进行采样，采样结束后由放电电路对所述信号电容进行放电。

所述第一运算处理模块，在实现方式中，具体为：将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值相减，得到第一偏差信号，并将第一偏差信号进行运算处理，得到峰值预设值。

所述第二运算处理模块，在实现方式中，具体为：将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值相减，得到第二偏差信号，并将第二偏差信号进行运算处理，得到控制信号。

本发明实施例采用数字化控制，所述数字控制芯片是数字信号处理器；所述放电电路中包含有放电开关，所述放电开关由数字信号处理器控制。

信号电容的电压采样结束后，数字信号处理器控制放电开关导通，放电电路对信号电容进行放电，放电时间由数字信号处理器在程序中设定，放电结束后，放电开关关断，从而进入下一轮信号电容的充电、电压采样、放电的循环。

数字信号处理器完成第一采样处理模块、第二采样处理模块、第一运算处理模块、第二运算处理模块、调制处理模块中的需要由数字信号处理器完成的功能。

电流检测与处理电路得到开关电流的波形信号，所述开关电流可以是变压器原边绕组的开关电流，也可以是变压器副边绕组的开关电流，还可以是开关管的开关电流。

一些单开关变换器，如正激变换器和反激变换器，在一个开关周期中，开关管开通和关断各一次，电流检测与处理电路得到的开关电流的波形信号中包含一个脉冲波形信号，该脉冲波形信号有一个峰值；在此情形下，波形信号通过串联有单向充电开关的充电电路对信号电容进行充电，充电时间必须大于开关电源的一个开关周期的时间，才能保证信号电容上保存了开关电流的波形信号的至少一个峰值的近似值；充电时间可以由数字信号处理器在程序中设定。

一些包含多个开关管的变换器，如对称半桥变换器和全桥移相变换器，在一个开关周期中，有多个开关管开通和关断各一次，如果检测的开关电流是变压器原边绕组的开关电流，电流检测与处理电路得到的开关电流的波形信号中包含二个脉冲波形信号，分别是前半周脉冲波形信号和后半周脉冲波形信号，每个脉冲波形信号都有一个峰值；在此情形下，波形信号通过串联有单向充电开关的充电电路对信号电容进行充电，充电时间必须大于开关电源的半个开关周期的时间，才能保证信号电容上保存了开关电流的波形信号的至少一个峰值的近似值；充电时间可以由数字信号处理器在程序中设定。

如果充电时间达到数个开关周期，则信号电容上保存了开关电流的波形信号的最大的一个峰值的近似值。

对于控制输出电压的电源，如恒压源，所述输出反馈值是电源输出电压反馈值，所述输出预设值是电源输出电压预设值。

对于控制输出电流的电源，如恒流源，所述输出反馈值是电源输出电流反馈值，所述输出预设值是电源输出电流预设值。

所述调制控制信号可以是脉冲宽度调制信号（PWM信号），用于对PWM开关电源的功率电路进行控制；所述调制控制信号也可以是脉冲频率调制信号（PFM信号），用于对PFM开关电源的功率电路进行控制。

所述第二采样处理模块，用于得到信号电容上的采样电压值，在实现方式中，所述单向充电开关可采用二极管。

本发明实施例提供一种数字化电流控制装置，使电流峰值经过处理后作为一个变量参与到数字控制器的运算中，兼顾到系统的动态响应能力和稳定性。在一些运算要求不高的场合，所述数字控制芯片也可以采用单片机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的数字化电流控制装置实施例的控制方法流程图；

图2为本发明提供的数字化电流控制装置实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的数字化电流控制装置实施例的第二采样处理模块的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的数字化电流控制装置实施例的控制方法流程图，本实施例的控制方法包括：

步骤101、利用第一采样处理模块对开关电源的输出进行采样，得到输出反馈值。

步骤102、利用第二采样处理模块对信号电容进行充电、采样、放电，得到信号电容上的采样电压值。

步骤103、利用第一运算处理模块将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值进行运算处理，获取峰值预设值。

步骤104、利用第二运算处理模块将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值进行运算处理，获取控制信号。

步骤105、利用调制处理模块对所述控制信号进行数字调制处理，获取调制控制信号，以对开关电源功率电路进行控制。

图2为本发明提供的数字化电流控制装置实施例的结构示意图，本实施例的数字化电流控制装置包括：第一采样处理模块201，用于得到输出反馈值；第二采样处理模块202，用于得到信号电容上的采样电压值；第一运算处理模块203，用于将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值进行运算处理，获取峰值预设值；第二运算处理模块204，用于将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值进行运算处理，获取控制信号；调制处理模块205，用于对所述控制信号进行数字调制处理，获取调制控制信号，以对开关电源功率电路进行控制。

第二采样处理模块202包括：电流检测与处理电路、充电电路、信号电容、放电电路；电流检测与处理电路得到开关电流的波形信号，所述开关电流可以是变压器原边绕组的开关电流，也可以是变压器副边绕组的开关电流；所述电流检测与处理电路包括电流检测电路，还可以包括整流电路，整流电路可以将交流电流脉冲的波形信号整流为正的波形信号。

第二采样处理模块202，用于得到信号电容上的采样电压值，在实现方式中，充电电路可采用充电电阻与单向充电开关串联，单向充电开关可采用二极管；放电电路可采用放电电阻与放电开关串联，放电开关可采用三极管，数字信号处理器控制三极管的基级，从而控制三极管的导通与关断。

所述第一运算处理模块，在实现方式中，具体为：将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值相减，得到第一偏差信号，并将第一偏差信号进行运算处理，得到峰值预设值；该运算处理可以采用数字PI调节器处理，这样，第一偏差信号作为第一数字PI调节器的输入，第一数字PI调节器的输出就是峰值预设值。

所述第二运算处理模块，在实现方式中，具体为：将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值相减，得到第二偏差信号，并将第二偏差信号进行运算处理，得到控制信号；该运算处理可以采用数字PI调节器处理，这样，第二偏差信号作为第二数字PI调节器的输入，第二数字PI调节器的输出就是控制信号。

第二采样处理模块包括：电流检测与处理电路、充电电路、信号电容、放电电路。

电流检测与处理电路包括：电流互感器301，整流电路302、303、304、305，检测电阻306；充电电路包括二极管307、充电电阻308；信号电容309；放电电路包括放电电阻310、放电开关311。

在检测电阻306上得到开关电流的波形信号，该波形信号通过充电电路307、308对信号电容309充电，在数字信号处理器对信号电容309的电压采样结束后，由放电电路310、311对信号电容放电。

可以选择放电电阻310的阻值远小于充电电阻308的阻值，这样，在放电期间，放电开关311导通，可以使得信号电容309上的电压迅速下降；放电时间由数字信号处理器在程序中设定，放电结束后，放电开关311关断，从而进入下一轮信号电容的充电、电压采样、放电的循环。

在对信号电容进行放电前，信号电容上保存了至少一个开关电流的波形信号的峰值的近似值；二极管307的正向导通压降、充电电阻308的压降是信号电容的电压低于波形信号的峰值的原因。

图3中的整流电路将交流电流脉冲的波形信号整流为正的波形信号。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于开关电源的数字化电流控制装置，其特征在于，包括：第一采样处理模块，用于得到输出反馈值；第二采样处理模块，包括电流检测与处理电路、充电电路、信号电容、放电电路，用于得到信号电容上的采样电压值；第一运算处理模块，用于将开关电源的输出预设值与所述输出反馈值进行运算处理，获取峰值预设值；第二运算处理模块，用于将所述峰值预设值与所述信号电容上的采样电压值进行运算处理，获取控制信号；调制处理模块，用于对所述控制信号进行数字调制处理，获取调制控制信号，以对开关电源功率电路进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第二采样处理模块用于得到信号电容上的采样电压值，具体过程为：电流检测与处理电路得到开关电流的波形信号，所述波形信号先通过串联有单向充电开关的充电电路对信号电容进行充电，然后由数字控制芯片对所述信号电容的电压进行采样，采样结束后由放电电路对所述信号电容进行放电。

3.根据权利要求1至2所述的控制装置，其特征在于，所述数字控制芯片是数字信号处理器；所述放电电路中包含有放电开关，所述放电开关由数字信号处理器控制。

4.根据权利要求1至3所述的控制装置，其特征在于，所述波形信号通过串联有单向充电开关的充电电路对信号电容进行充电，充电时间大于开关电源的一个开关周期的时间。

5.根据权利要求1至3所述的控制装置，其特征在于，所述波形信号通过串联有单向充电开关的充电电路对信号电容进行充电，充电时间大于开关电源的半个开关周期的时间。