CN106100353B - Dc-dc变换器v2滞环控制方法及其控制装置 - Google Patents

Dc-dc变换器v2滞环控制方法及其控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DC‑DC变换器V2滞环控制方法及其控制装置，将输出电压与参考电压经过补偿器产生信号Ve；将Ve送入环宽产生器生成VL和VH；将Vo和VH送入第一比较器得到信号VR，将Vo和VL送入第二比较器得到信号VS；将VR和VS送入触发器得到信号VP，信号VP经过驱动电路控制DC‑DC变换器开关管的导通与关断。该发明适用于多种DC‑DC变换器拓扑，具有良好的输入和负载瞬态性能；在全占空比范围内以及输出电容ESR较低时，变换器均能稳定地工作。

Description

DC-DC变换器V2滞环控制方法及其控制装置
技术领域
本发明涉及DC-DC变换器的控制方法及实现装置，属于电力电子设备领域，具体为DC-DC变换器V2滞环控制方法及其控制装置。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的发展，开关电源技术已经成为实际应用和研究的热点。开关电源的主功率拓扑主要有降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)、正激、反激、半桥、全桥等多种拓扑结构。开关电源也拥有多种控制方法，针对不同的性能需求，开关电源的控制技术不断改进。开关电源的控制方法可分为定频控制和变频控制。
定频控制包括电压型控制、峰值电流控制、谷值电流控制、平均电流控制、电荷控制、磁通控制和V2控制等。其中，电压型控制是单闭环负反馈控制，设计和分析相对简单，抗干扰能力强，但是输入和负载瞬态响应速度慢。峰值电流控制拥有较快的输入和负载瞬态特性，并且易于实现变换器的过流保护，在多个电源并联时，便于实现均流，但是在占空比D>0.5 时，变换器存在次谐波振荡；谷值电流控制同样具有快速的瞬态响应速度，但是在占空比 D<0.5时，变换器存在次谐波振荡；平均电流控制的稳态精度高，噪声抑制能力优越，并且不会存在次谐波振荡，但是瞬态响应速度慢，电路设计复杂；电荷控制可以快速地控制开关管电流或者输入电流的平均值，但不限制最大电感电流，不能有效地保护开关器件，对电流变化的瞬态响应速度慢；磁通控制的二极管电压平均值在经历一次过渡过程后，仅需一个开关周期就可以达到新的稳态，但是需要提供负极性的控制电压，负载动态响应速度慢且存在一定的稳态误差；V2控制具有快速的负载瞬态响应速度，但采用该控制方式的变换器需要较大的输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance，ESR),并且在占空比D>0.5时，变换器存在次谐波振荡。
变频控制包括定导通时间(COT)控制、定关断时间(CFT)控制和滞环控制。COT控制是通过固定开关管导通时间，改变开关管关断时间，从而实现输出电压的稳定，其瞬态性能好，但稳态精度差，并需要较大的输出电容ESR。CFT控制是通过固定开关管关断时间，改变开关管导通时间，从而实现输出电压的稳定；相对于COT控制，CFT控制在负载减轻时具有更好的瞬态性能，在负载加重时具有更差的瞬态性能。滞环控制的控制电路没有延迟环节，拥有较快的负载响应速度，但是其抗干扰能力差。
发明内容
本发明的目的是提供一种DC-DC变换器的V2滞环控制方法，使之同时具有较快的瞬态响应速度和较好的稳定性能，适用于各类基本的DC-DC变换器拓扑。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：DC-DC变换器的V2滞环控制方法，通过检测输出电压得到信号Vo；将Vo和Vref送入补偿器得到信号Ve，将Ve送入环宽产生器得到信号VL和VH；将Vo和VH送入第一比较器得到信号VR，将Vo和VL送入第二比较器得到信号VS；将VR和VS送入触发器得到信号VP，信号VP经过驱动电路控制DC-DC变换器开关管的导通与关断。
本发明的另一目的是提供一种实现上述DC-DC变换器V2滞环控制方法的控制装置，包括电压检测电路VS、补偿器EC、环宽产生器HY、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、触发器RS和驱动电路DR；所述的电压检测电路VS、补偿器EC、环宽产生器HY依次相连；电压检测电路VS与第一比较器CMP1相连；电压检测电路VS与第二比较器CMP2相连；环宽产生器HY、第一比较器CMP1和触发器RS的R端依次相连；环宽产生器HY、第二比较器CMP2和触发器RS的S端依次相连；触发器RS和驱动电路DR相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、与V2控制的DC-DC变换器相比，在输入电压或者负载变化时，本发明的DC-DC变换器使输出电压在滞环环宽范围内变化，在输出电压变大或者变小时，立即控制开关管的导通和关断，使输出电压达到稳定，提高DC-DC变换器的瞬态响应速度。
二、与V2控制的DC-DC变换器相比，在输出电容低ESR情况下，本发明的DC-DC变换器通过减小频率，保证控制输出电压纹波达到滞环的上限和下限，使变换器稳定地工作。
三、与V2控制的DC-DC变换器相比，在占空比大于0.5时，本发明的DC-DC变换器在输出电压达到滞环上限时关断开关管，在输出电压达到滞环下限时导通开关管，所以不存在占空比大于0.5时的次谐波振荡。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一方法的信号流程框图。
图2为本发明实施例一的控制示意图。
图3为本发明实施例一的电路结构框图。
图4a为本发明实施例一DC-DC变换器在负载电阻由20Ω跳变到10Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图4b为采用V2控制的DC-DC变换器在负载电阻由20Ω跳变到10Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图5a为本发明实施例一DC-DC变换器在输入电压由50V跳变到100V时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图5b为采用V2控制的DC-DC变换器在输入电压由50V跳变到100V时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图6a为本发明实施例一DC-DC变换器在占空比大于0.5时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图6b为采用V2控制的DC-DC变换器在占空比大于0.5时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图7a为本发明实施例一DC-DC变换器在输出电容的ESR较小时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图7b为采用V2控制的DC-DC变换器在输出电容的ESR较小时输出电压瞬态时域仿真波形图。
图8为本发明实施例二的电路结构图。
具体实施方式
下面通过具体的实例并结合附图对本发明做进一步详细的描述。
实施例一
图1示出，本发明的一种具体实施方式为：DC-DC变换器V2滞环控制方法及其装置，由电压检测电路VS、补偿器EC、环宽产生器HY、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、触发器RS和驱动电路DR组成；电压检测电路VS用于获取输出电压信息，补偿器EC用于生成误差信号，环宽产生器HY用于设置环宽大小；第一比较器CMP1用于比较输出电压和 VH的大小，第二比较器CMP2用于比较输出电压和VL的大小；触发器RS用于产生脉冲信号，经过驱动电路DR控制DC-DC变换器TD开关管的导通和关断。
图2示出，本发明的控制示意图，输出电压上升到滞环上限VH时，关断变换器TD开关管，使输出电压下降；当输入电压下降到滞环下限VL时，导通变换器TD开关管，使输出电压上升。由此实现控制输出电压稳定在误差信号值Ve。其中，环宽产生器设置滞环宽度为h,计算得到环宽上限VH＝Ve+h/2,环宽下限VL＝Ve+h/2。
图3示出，本例的DC-DC变换器V2滞环控制的实现装置，由变换器TD和控制装置组成。
本例的装置其工作过程和原理是：
检测变换器TD的输入电压得到信号Vo，Vo和Vref送入补偿器得到信号Ve，将Ve送入环宽产生器得到信号VL和VH；将Vo和VH送入第一比较器得到信号VR，将Vo和VL送入第二比较器得到信号VS；将VR和VS送入触发器得到信号VP，信号VP经过驱动电路DR控制 DC-DC变换器开关管的导通与关断。
本例的变换器TD为Buck变换器。
用PSIM仿真软件对本例的方法进行时域仿真分析，结果如下。
图4a和图4b分别为本发明、V2控制DC-DC变换器在负载电阻由20Ω跳变到10Ω时输出电压瞬态时域仿真波形图。仿真条件：输入电压Vin＝50V，参考电压Vref＝2V(对应输出电压为20V)、电感L＝200μH、电容C＝470μF(其等效串联电阻RESR＝100mΩ)，环宽h＝0.05。当负载变化时，本发明的DC-DC变换器经过1个开关周期达到了新的稳态，电压谷值的波动量为0.07V；V2控制的DC-DC变换器经过15个开关周期达到新的稳态，电压谷值的波动量为0.1V。对比可知，本发明拥有更快的负载瞬态响应速度。
图5a和图5b分别为本发明、V2控制DC-DC变换器在输入电压由50V跳变到100V时输出电压瞬态时域仿真波形图，仿真条件：负载电阻R＝20Ω，其他仿真条件与图4相同。当输入电压在t＝0.15s变化时，本发明的DC-DC变换器经过1个开关周期达到了新的稳态，并且新旧稳态的输出电压纹波基本相同；V2控制的DC-DC变换器经过8个开关周期达到了新的稳态，新的稳态时输出电压纹波大于旧稳态时的输出电压纹波。因此，本发明具有更好的输入瞬态性能。
图6a和图6b分别为本发明、V2控制DC-DC变换器在占空比大于0.5时输出电压时域仿真波形图，仿真条件：负载电阻R＝20Ω，Vref＝3(对应输出电压为30V)，其他仿真条件与图4 相同。当输出电压为30V时，占空比为0.6。V2控制DC-DC变换器工作不稳定，存在次谐波振荡，工作周期为开关周期的三倍，并且纹波较大。本发明的DC-DC变换器工作稳定，并且纹波小。由此可知，本发明可以消除占空比大于0.5时电路的次谐波振荡现象，保证占空比全范围内的稳定工作。
图7a和图7b分别为本发明、V2控制DC-DC变换器在输出电容ESR较小时输出电压时域仿真波形图，仿真条件：负载电阻R＝20Ω，输出电容的ESR为RESR＝10mΩ，其他仿真条件与图4相同。V2控制DC-DC变换器工作不稳定，电压波形没有固定的周期，并且纹波较大。本发明的DC-DC变换器工作稳定，并且纹波小。由此可知，本发明可以消除输出电容 ESR较小时电路的不稳定工作现象。
实施例二
如图8所示，本例与实施例一基本相同，不同之处是：本例控制的变换器TD为正激变换器。
本发明除可用于以上实施例中的DC-DC变换器外，也可用于半桥变换器、全桥变换器等DC-DC变换器拓扑中。

Claims (2)

1.DC-DC变换器V2滞环控制方法，其特征在于：检测输出电压得到信号Vo；将Vo和Vref送入补偿器得到信号Ve，将Ve送入环宽产生器得到信号VL和VH；将Vo和VH送入第一比较器得到信号VR，将Vo和VL送入第二比较器得到信号VS；将VR和VS送入触发器得到信号VP，信号VP经过驱动电路控制DC-DC变换器开关管的导通与关断。
2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器V2滞环控制方法的控制装置，其特征在于：包括电压检测电路VS、补偿器EC、环宽产生器HY、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、触发器RS和驱动电路DR；所述的电压检测电路VS、补偿器EC、环宽产生器HY依次相连；电压检测电路VS与第一比较器CMP1相连；电压检测电路VS与第二比较器CMP2相连；环宽产生器HY、第一比较器CMP1和触发器RS的R端依次相连；环宽产生器HY、第二比较器CMP2和触发器RS的S端依次相连；触发器RS和驱动电路DR相连。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201656775U (zh) * 2010-03-26 2010-11-24 西南交通大学 开关电源单环定频滞环控制装置
CN102857094A (zh) * 2012-08-20 2013-01-02 无锡山亿新能源科技有限公司 一种基于滞环控制的Boost工作切换方法及其系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201656775U (zh) * 2010-03-26 2010-11-24 西南交通大学 开关电源单环定频滞环控制装置
CN102857094A (zh) * 2012-08-20 2013-01-02 无锡山亿新能源科技有限公司 一种基于滞环控制的Boost工作切换方法及其系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ultra Fast Fixed-Frequency Hysteretic Buck Converter With Maximum Charging Current Control and Adaptive Delay Compensation for DVS Applications;Feng Su et al.，;《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》;20080430;第43卷(第4期);第815-822页 *
开关电源V2控制方法的研究;王凤岩 等，;《机车电传动》;20010510(第3期);第22-24页 *

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