CN106026652A - 一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明专利涉及到一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器，包括改进型并联Buck电路和PT控制电路。所述的改进型并联Buck电路是由并联Buck拓扑演变而来，将并联Buck电路中的储能电感用一对耦合电感T代替。耦合电感T原边侧L1同名端、二极管D1阴极和MOS管Q1源极相互连接；副边侧L2异名端、二极管D2阴极和MOS管Q2源极相互连接；原边侧L1异名端与中间电容C1正极连接；副边侧L2同名端、中间电容C1负极、输出滤波电容C正极和负载R一端相互连接。所述的变换器在连续工作模式时能消除输出电压的低频波动。

Description

一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器
技术领域
本发明涉及开关电源，具体是一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器。
背景技术：
脉冲序列(PT)控制是针对以线性控制理论为基础的脉冲宽度调制(PWM)开关变换器存在瞬时响应慢的固有缺陷而提出的一种开关变换器控制方法。PT控制是一种新型的非线性离散控制方法，通过调整两组预先设定的脉冲组合来调整输出电压，具有电路实现简单，控制环路不需要补偿网络，对输入和负载的变化具有快速的动态响应速度，非常适用于对可靠性要求较高的开关电源控制系统。
PT控制是针对电感电流断续导电模式(DCM)开关变换器提出来的一种控制方法，它本质上是开关变换器的输入能量控制。在一个开关周期内，开关变换器的电感储能为零，输入能量全部传递到输出端。PT控制选择高功率控制脉冲以向开关变换器输入更多的能量，使输出电压上升；选择低功率控制脉冲以减小向开关变换器输入的能量，使输出电压下降。开关变换器稳态工作时，高功率控制脉冲和低功率控制脉冲的组合形成一个脉冲序列循环周期，在该脉冲循环周期内输入能量和输出能量达到动态平衡，从而维持输出电压的恒定。在PT控制Buck变换器工作于电感电流连续导电模式(CCM)时，在一个开关周期内，Buck变换器的电感储能不再为零，输出电压变化量不再直接与控制脉冲相关。对于PT控制CCM Buck变换器，高功率控制脉冲作用时，电感电流上升，但不能保证输出电压立即上升；同样地，低功率控制脉冲作用时，电感电流下降，但不能保证输出电压立即下降。因此，PT控制CCM Buck变换器存在输出电压调节的滞后性和由此引起的输出电压的低频波动现象。
针对以上PT控制CCM Buck变换器存在的低频波动问题，本发明提出一种改进型并联Buck变换器，能够消除低频波动现象。
发明内容：
本发明是针对上述低频波动问题，提出一种可消除低频波动的改进型并联Buck变换器。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：所提变换器由改进型并联Buck电路和PT控制电路组成。PT控制电路是由比较器AC、D触发器DFF、与门AN1、AN2、或门OR、驱动电路DR依次相连组成。改进型并联Buck电路包括：电源E、MOS管Q1、Q2、二极管D1、D2、耦合电感、中间电容C1、输出滤波电容C和负载R；其特征在于，所述的改进型并联Buck电路是由并联Buck拓扑演变而来，将并联Buck变换器中的储能电感用一对耦合电感T代替；MOS管Q1、Q2漏极和电源E正极相互连接；耦合电感T原边侧L1同名端、二极管D1阴极和MOS管Q1源极相互连接；副边侧L2异名端、二极管D2阴极和MOS管Q2源极相互连接；原边侧L1异名端与中间电容C1正极连接；副边侧L2同名端、中间电容C1负极、输出滤波电容C正极和负载R一端相互连接；电源E负极、二极管D1、D2阳极、输出滤波电容C负极和负载R另一端相互连接；MOS管Q1、Q2栅极接PT控制电路驱动器DR输出端；变换器输出电压的正端接PT控制器中比较器AC负极性端。所述的耦合电感原边侧L1和副边侧L2电感值相同且耦合系数α取值范围为0.75到0.90。所述的中间电容C1为容值范围为10uF到200uF的电解电容。
本发明有益效果：消除了PT控制并联Buck变换器低频波动现象。
附图说明：
图1为一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器电路结构框图。
图2为PT控制改进型并联Buck变换器在负载R为1.0Ω时的仿真波形。
图3为PT控制改进型并联Buck变换器在负载R为5.0Ω时的仿真波形。
图4为PT控制改进型并联Buck变换器在负载R为8.0Ω时的仿真波形。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细说明。
图1为一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器原理图，由改进型并联Buck电路和PT控制电路组成。PT控制电路是由比较器AC、D触发器DFF、与门AN1、AN2、或门OR、驱动电路DR依次相连组成。改进型并联Buck电路包括：电源E、MOS管Q1、Q2、二极管D1、D2、耦合电感、中间电容C1、输出滤波电容C和负载R；其特征在于，所述的改进型并联Buck电路是由并联Buck拓扑演变而来，将并联Buck变换器中的储能电感用一对耦合电感T代替；MOS管Q1、Q2漏极和电源E正极相互连接；耦合电感T原边侧L1同名端、二极管D1阴极和MOS管Q1源极相互连接；副边侧L2异名端、二极管D2阴极和MOS管Q2源极相互连接；原边侧L1异名端与中间电容C1正极连接；副边侧L2同名端、中间电容C1负极、输出滤波电容C正极和负载R一端相互连接；电源E负极、二极管D1、D2阳极、输出滤波电容C负极和负载R另一端相互连接；MOS管Q1、Q2栅极接PT控制电路驱动器DR输出端；变换器输出电压的正端接PT控制器中比较器AC负极性端。所述的耦合电感原边侧L1和副边侧L2电感值相同且耦合系数α取值范围为0.75到0.90。所述的中间电容C1为容值范围为10uF到200uF的电解电容。
本发明实施例采用表1中的电路参数进行仿真，图2、3、4分别为PT控制改进型并联Buck变换器在负载电阻为1.0Ω、5.0Ω、8.0Ω时输出电压vo、耦合电感电流iL、负载电流Io及控制脉冲vGS时域仿真波形。从图2、3、4可以看出PT控制电路输出的控制脉冲组合都为2PH-1PL，消除了输出电压低频波动。
表1变换器仿真参数
名称 参数
输入电压E 15V
参考电压Vref 5V
输出滤波电容C 470uF
中间电容C1 100uF
耦合电感原边侧L1 500uH
耦合电感副边侧L2 500uH
耦合系数α 0.80
高功率脉冲DH 0.4
低功率脉冲DL 0.2
开关频率f 50kHz
负载R 1.0Ω、5.0Ω、

Claims (3)

1.一种基于脉冲序列控制的改进型并联Buck变换器，由改进型并联Buck电路和PT控制电路组成；PT控制电路是由比较器AC、D触发器DFF、与门AN1、AN2、或门OR、驱动电路DR依次相连组成；改进型并联Buck电路包括：电源E、MOS管Q1、Q2、二极管D1、D2、耦合电感、中间电容C1、输出滤波电容C和负载R；其特征在于，所述的改进型并联Buck电路是由并联Buck拓扑演变而来，将并联Buck变换器中的储能电感用一对耦合电感T代替；MOS管Q1、Q2漏极和电源E正极相互连接；耦合电感T原边侧L1同名端、二极管D1阴极和MOS管Q1源极相互连接；副边侧L2异名端、二极管D2阴极和MOS管Q2源极相互连接；原边侧L1异名端与中间电容C1正极连接；副边侧L2同名端、中间电容C1负极、输出滤波电容C正极和负载R一端相互连接；电源E负极、二极管D1、D2阳极、输出滤波电容C负极和负载R另一端相互连接；MOS管Q1、Q2栅极接PT控制电路驱动器DR输出端；变换器输出电压的正端接PT控制器中比较器AC负极性端。
2.根据权利要求1中所述的改进型并联Buck变换器，其特征在于，所述的耦合电感原边侧L1和副边侧L2电感值相同且耦合系数α取值范围为0.75到0.90。
3.根据权利要求1中所述的改进型并联Buck变换器，其特征在于，所述的中间电容C1为容值范围为10uF到200uF的电解电容。
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