CN106787627B - 变换器的反馈控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关电源中多个变换器模块输入串联输出并联的互联系统控制，尤其用于多个输入串联输出并联的变换器互联系统的控制方法及其中单个变换器的反馈控制电路。其中，本发明提供的一种变换器互联系统的均压控制方法，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统闭环控制，通过增大单个变换器的电压调整率，以通过单个变换器输入电流与输入电压正相关特性，来实现变换器互联系统的输入自动均压。当变换器模块输入串联输出并联后，若其输入电压比其它变换器模块高，则该变换器模块的输出电压略高于其它变换器模块，因此其输出电流也会增大，从而导致输入电流增大，输入电容的电压下降，最终与其他变换器模块的电压相等。

Description

变换器的反馈控制电路

技术领域

本发明涉及开关电源中多个变换器模块输入串联输出并联的互联系统控制，尤其用于多个输入串联输出并联的不对称半桥反激变换器互联系统的控制方法及其中单个变换器的反馈控制电路。

背景技术

相同结构的功率变换器模块输入串联输出并联后，可得到输入电压比单个模块高，输出电流比单个模块大的系统。N个模块组合后的电源系统输入电压是单个模块最高输入电压的N倍，输出功率也是单个模块的N倍。因此，电源模块(又可称为变换器模块)输入串联输出并联可以用于输入电压高、输出电流大的场合。

为了保证输入串联输出并联组合变换器正常工作，最稳妥的方法就是让各个变换器模块输入电容均压和输出电流均流。图1为N个变换器模块的输入串联输出并联组合而成的变换器互联系统，其中还包括并联在各个变换器两端的n个输入电容Cin。每个变换器模块内部结构是相同的，内部都含有独立的闭环控制电路，其功率级信号通过反馈环节1、光耦和反馈环节2，形成控制信号返回变换器的功率电路中。假设每个模块的变换效率为100％，输出功率不变，且输入电压恒定，则：

V_in1I_in1＝V_oI_o1、V_in2I_in2＝V_oI_o2、……、V_inNI_inN＝V_oI_oN (1)

式中的V_in1、V_in2……V_inN分别为各模块的输入电容电压，I_in1、I_in2……I_inN分别为各模块的输入电流，I_o1、I_o2……I_oN为各个模块的输出电流，V_o为输出电压。

稳态时，各个模块的输入电容电流平均值为零，因此各模块的输入电流是相等的，即I_in1＝I_in2＝……＝I_inN。如果各个模块输出电流均流，即I_o1＝I_o2＝……＝I_oN，由式(1)可得V_in1＝V_in2＝……＝V_inN。这就说明：如果各模块输入电压相等，就可以保证输出电流相等。因此，在电源模块输入串联输出并联的系统中，输入均压是关键。

如图2所示为变换器中传统的稳压闭环控制反馈电路，它是图1中单个变换器模块内部的闭环控制电路的反馈环节1那部分的电路，图2电路光耦OCA即是图1中单个变换器模块内部的闭环控制电路的光耦，变换器的输出电压采样信号通过光耦反馈通路反馈回变换器的输入端；光耦OCA的电流大小与功率级MOSFET的占空比相关，改变光耦OCA的电流大小可改变功率级MOFET的占空比，从而在改变功率级的输出电压。一种变换器的反馈控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统闭环控制，包括光耦OCA的二极管、电容C1、电阻R1、R2、R3和稳压芯片，其中，稳压芯片采用并联稳压集成电路TL431，TL431包括阴极、阳极和参考极三个引脚。光耦OCA二极管的阳极与电阻R1的一端连接，并引出用于与输出电压端连接；光耦OCA二极管的阴极与电阻R3的一端串联，电阻R3的另一端与TL431的阴极连接，TL431的阳极接地；电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；TL431的参考极与电阻R2的一端连接；电容C1的一端与TL431的阴极连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接。

该变换器的反馈控制电路的工作原理如下：正常工作时R₂的电压为V_ref(其中Vref代表TL431的参考电压)，当输出电压V_o不等于设定电压时，电阻R1与电阻R2的电流不相等，电容C1的电流不为0，电容C1持续充电或放电，TL431的阴极电压会改变，光耦OCA的电流也会变，从而通过功率级改变输出电压。直到输出电压等于电容C1的电流变为0，输出电压才恒定。

但是，传统的单个变换器内部的闭环控制方法不能直接应用到输入串联输出并联的模块上，传统的控制方法无法保证输入均压。具体来说，请参阅图1、2所示，倘若有两个模块输入串联输出并联，由于两模块U1、U2在输入端是串联的，两模块U1、U2的输入电流Iin1、Iin2相等，两输入电压Vin1、Vin2之和是串并联系统的输入电压，两模块的输入电压之和是恒定的，在电路稳态的时候，假如某种扰动造成一个模块U1的输入电压Vin1升高，另外一个模块U2的输入电压Vin2会降低。对于输入电压升高的模块U1来说，为了实现输出稳压，现有技术的反馈环节1采用如图2所示的电路结构，是一种负反馈控制模式，即当输入电压Vin1变大时，由于电压调整率小，则输出电压Vo1的变化很小，输出电流Io1也变化很小，所以输出功率不发生变化，实现高的输出电压精度。但此时，由于输出功率不变，则输入功率也不变，那么模块U1在输入电压Vin1升高时，输入电流Iin1减小。由于两模块的输入端为串联结构，则Iin1+Icin1＝Iin2+Icin2，当Iin1减小时，Icin1会增大，从而导致Vcin1增大，即Vin1增大，在此反馈调整下，则导致模块U1的输入电压进一步增大，最终导致模块U1的输入电压持续增大，另外一个模块U2的输入电压持续降低，造成整个系统的不正常工作，甚至会使电压升高的模块损坏。因此，倘若使用传统的闭环控制方法，则变换器模块在输入串联输出并联后无法实现变换器互联系统的输入均压。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决现有变换器互联系统中的闭环控制模块输入串联输出并联电路存在的输入端无法均压的问题，提出了一种针对输入串联输出并联的变换器互联系统的闭环控制方法，既可实现单个变换器模块的独立闭环稳压控制，又可在多个输入串联输出并联的变换器互联情况下实现变换器互联系统的输入均压输出稳压。

与此相应，本发明还提出了一种既可实现单个变换器模块的独立闭环稳压控制，又可在多个输入串联输出并联的变换器互联情况下实现变换器互联系统的输入均压输出稳压的单个变换器的反馈控制电路。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种变换器互联系统的均压控制方法，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统闭环控制，通过增大单个变换器的电压调整率，以通过单个变换器输入电流与输入电压正相关特性，来实现变换器互联系统的输入自动均压。

优选的，所述增大单个变换器的电压调整率的方法，是通过增加单个变换器中输出电压的实际值与设定值之间的电压差，用于使输入电压在单个变换器的输出端产生跟随输入电压变化趋势的输出电压，输出电压直接生成补偿信号，该补偿信号通过光耦反馈通路反馈回单个变换器的输入端，以削弱单个变换器的输入端的扰动变化趋势。

优选的，所述增设电压差步骤，增大单个变换器的电压调整率，使单个变换器的输出电压跟随输入电压的变化，但是输出电压的变化幅度小于输入电压的变化幅度。

优选的，所述增设电压差步骤，增大单个变换器的电压调整率，使单个变换器具有当输入电压变大时，输出电压也跟着增大的特性。

本发明还提供一种变换器的反馈控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统闭环控制，包括光耦OCA的二极管、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压芯片，光耦OCA的二极管、电阻R3和稳压芯片依次串联在输出电压端与地端之间，形成占空比调节电路，用以通过改变光耦OCA的电流大小可改变主MOS管的占空比；电阻R1、电阻R2依次串联在输出电压端与地端之间，形成分压电路；电阻R2还并联在稳压芯片的两端，形成输出电压的设定参考量；电容C1并联在占空比调节电路与分压电路之间，其具体连接关系是，电容C1的一端连接在电阻R3和稳压芯片的串联连接点，电容C1的另一端连接在电阻R1和电阻R2的串联连接点，还包括增设电压差支路，增设电压差支路并联在电容C1的两端，减弱光耦OCA的反馈幅度，从而使得变换器输出电压的实际值与设定值之间存在电压差，增大单个变换器的电压调整率。

优选的，所述增设电压差支路，由电阻R4构成。

优选的，所述增设电压差支路，由电阻R4和开关S1串联连接构成。

本发明再提供一种变换器的反馈控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统闭环控制，包括光耦OCA的二极管、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压芯片，二极管的阳极与电阻R1的一端连接，并引出用于与输出电压端连接；二极管的阴极与电阻R3的一端串联，电阻R3的另一端与稳压芯片的阴极连接，稳压芯片的阳极接地；电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；稳压芯片的参考极与电阻R2的一端连接；电容C1的一端与稳压芯片的阴极连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接，还包括增设电压差支路，增设电压差支路并联在电容C1的两端，减弱光耦OCA的反馈幅度，从而使得变换器输出电压的实际值与设定值之间存在电压差，增大单个变换器的电压调整率。

优选的，所述增设电压差支路，由电阻R4构成。

优选的，所述增设电压差支路，由电阻R4和开关S1串联连接构成。

当变换器模块输入串联输出并联后，若其输入电压比其它变换器模块高，则该变换器模块的输出电压略高于其它变换器模块，因此其输出电流也会增大，从而导致输入电流增大，输入电容的电压下降，最终与其他变换器模块的电压相等。总的来说，本发明通过增大单个变换器模块的电压调整率，使得输入串联输出并联的变换器互联系统中各变换器模块之间可以自动实现输入均压。

附图说明

图1为多个变换器模块输入串联输出并联组合而成的变换器互联系统的电路原理图；

图2为变换器中传统的稳压闭环控制反馈电路；

图3为本发明第一实施例变换器的反馈控制电路，用于输入串联输出并联的变换器互联系统中单个变换模块的稳压闭环控制；

图4为本发明第二实施例变换器的反馈控制电路，用于输入串联输出并联的变换器互联系统中单个变换模块的带开关的稳压闭环控制。

具体实施方式

本发明变换器互联系统是通过增大单个变换器模块的电压调整率来实现变换器互联系统的输入自动均压的。电压调整率，是指其输出电压因该电源的供电电压波动引起的变化。电路设计时，由于电压调整率反映电源输出电压的稳定性，因此，该参数越小越好，一般需控制在5％以内。电压调整率太大时，则电源的输出电压精度难以满足电路设计的要求。

而本发明通过牺牲闭环控制稳压的精度，使得单个变换器模块输入串联输出并联后实现整个系统的输入均压。本发明提出的变换器互联系统的均压控制方法的发明构思如下：增大单个变换器模块的电压调整率，使得当输入电压变大时，输出电压也跟着增大，但是输出电压的变化幅度远远小于输入电压的变化幅度。输入电压相对较高的变换器模块，输出电压也略高于其它变换器模块，因此其输出电流会增大，从而导致输入电流增大，输入电容的电压下降，最终与其他变换器模块的电压相等。

据此发明构思，以下结合附图对本发明的原理和实施方式进行详细说明。

具体请参阅图1、图3所示，倘若有两个变换器模块输入串联输出并联，由于变换器模块U1、U2在输入端是串联的，两变换器模块U1、U2的输入电流Iin1、Iin2相等，两输入电压Vin1、Vin2之和是串并联系统的输入电压，两变换器模块的输入电压之和是恒定的，在电路稳态的时候，假如某种扰动造成一个变换器模块U1的输入电压Vin1升高，另外一个变换器模块U2的输入电压Vin2会降低。对于输入电压升高的变换器模块U1来说，即当输入电压Vin1变大时，由于电压调整率大，则输出电压Vo1也跟着变大。由于其他变换器模块U2……N的输出电压对变换器模块U1的输出电压进行钳位，输出电流Io1也会变大，所以输出功率变大，引起输入功率也变大。因此，输入电流Iin1变大。由于两变换器模块的输入端为串联结构，则Iin1+Icin1＝Iin2+Icin2，当Iin1增大时，Icin1会减小，从而引起Vcin1减小，即削弱原来输入电压Vin1的增大趋势，从而实现串并联系统的输入端均压。或者说，当变换器模块具有输入电压升高，输出电压也升高的特性后，即变换器模块的电压调整率变大后，对多个变换器模块进行输入串联，当其中一个变换器模块的输入电压比其他变换器模块的输入电压高，若输出没有并联，则其输出电压会比其他变换器模块高，若输出并联，则其输出电压被其他的变换器模块钳位，输出电流变大，从而导致输入电流也增大，使得输入电容的电压下降，最终使得各变换器模块的输入电压相等。所以，单个变换器模块的电压调整率变大时，整个变换器互联系统中各变换器模块之间可以实现输入的自动均压。

实现增大各变换器模块的电压调整率的方式有很多，这里采用一种比较简单的方式。图1为多个变换器模块输入串联输出并联的变换器互联系统的结构示意图，每个变换器模块的内部结构与U1变换器模块是相同的，反馈环节1与输出相连，反馈环节2通过光耦与反馈环节1相连，反馈环节2将最终的控制信号送回功率级进行控制。图1中反馈环节1的电路原理图如图2所示，一种变换器的反馈控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统闭环控制，包括光耦OCA的二极管、电容C1、电阻R1、R2、R3和稳压芯片，其中，稳压芯片采用并联稳压集成电路TL431，TL431包括阴极、阳极和参考极三个引脚。电路的输出端V0连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地。电阻R2的一端与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与TL431的阴极相连，TL431的参考极与电阻R2的一端相连，TL431的阳极接地，TL431的阴极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与光耦OCA的二极管的阴极相连，光耦OCA的二极管的阳极接输出输出电压+Vo。本发明变换器的反馈控制电路的电路原理图如图3所示，在传统控制电路的基础上添加电阻R4与电容C1并联。

在传统的控制电路中，若(其中Vref代表TL431的参考电压)，则流过电阻R1的电流大于电阻R2的电流，电容C1充电，TL431的阴极电压下降，使得流过光耦OCA的二极管的电流增大，从而调整相关开关管的占空比，降低变换器的输出电压，使得变换器的输出电压Vo与设定值相等；若则调节过程相反。

在本发明变换器的反馈控制电路中，加入了电阻R4后，若由于电阻R4分流，电容C1充电电压比原来低，TL431的阴极电压下降幅度也比原来小，因此开关管的占空比变化幅度也变小，输出电压下降幅值也变小，最终输出电压V_o与设定值之间存在一定的差。因此，在一个变换器模块独立工作时，若输入电压增大，由于占空比调节幅度变小，因此该变换器的输出电压升高，反之输出电压降低。因此添加电阻R4后，单个变换器模块的电压调整率变大了。当变换器模块具有输入电压升高，输出电压也升高的特性后，即变换器模块的电压调整率变大后，对多个变换器模块进行输入串联，当其中一个变换器模块的输入电压比其他变换器模块的输入电压高，若输出没有并联，则其输出电压会比其他变换器模块高，若输出并联，则其输出电压被其他的变换器模块钳位，输出电流变大，从而导致输入电流也增大，使得输入电容的电压下降，最终使得各变换器模块的电压相等。所以，添加电阻R4后，单个变换器模块的电压调整率变大了，整个变换器互联系统中各变换器模块之间可以实现输入的自动均压。

本发明变换器的反馈控制电路通过在传统的单个变换器的稳压闭环控制反馈电路上添加一个电阻，就可以使得相同结构的变换器模块在输入串联输出并联时可以实现变换器互联系统的输入均压且输出稳压，方法简单，成本低，而且容易实现。

此外，可添加一开关S1与电阻R4串联，如图4，当单个变换器模块使用时，开关S1断开，保证单变换器模块使用时的电压调整率；当变换器模块用于输入串联输出并联的场合时，开关S1闭合，保证变换器模块间输入均压。

Claims (6)

1.一种变换器的反馈控制电路，用于实现变换器互联系统的输入均压输出稳压，包括光耦OCA的二极管、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压芯片，

光耦OCA的二极管、电阻R3和稳压芯片依次串联在输出电压端与地端之间，形成占空比调节电路，用以通过改变光耦OCA的电流大小可改变主MOS管的占空比；

电阻R1、电阻R2依次串联在输出电压端与地端之间，形成分压电路；

电阻R2还并联在稳压芯片的两端，形成输出电压的设定参考量；

电容C1并联在占空比调节电路与分压电路之间，其具体连接关系是，电容C1的一端连接在电阻R3和稳压芯片的串联连接点，电容C1的另一端连接在电阻R1和电阻R2的串联连接点，其特征在于：

还包括增设电压差支路，增设电压差支路并联在电容C1的两端，减弱光耦OCA的反馈幅度，从而使得变换器输出电压的实际值与设定值之间存在电压差，增大单个变换器的电压调整率。

2.根据权利要求1所述的变换器的反馈控制电路，其特征在于：所述增设电压差支路，由电阻R4构成。

3.根据权利要求1所述的变换器的反馈控制电路，其特征在于：所述增设电压差支路，由电阻R4和开关S1串联连接构成。

4.一种变换器的反馈控制电路，用于实现变换器互联系统的输入均压输出稳压，包括光耦OCA的二极管、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压芯片，二极管的阳极与电阻R1的一端连接，并引出用于与输出电压端连接；二极管的阴极与电阻R3的一端串联，电阻R3的另一端与稳压芯片的阴极连接，稳压芯片的阳极接地；电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；稳压芯片的参考极与电阻R2的一端连接；电容C1的一端与稳压芯片的阴极连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接，其特征在于：

还包括增设电压差支路，增设电压差支路并联在电容C1的两端，减弱光耦OCA的反馈幅度，从而使得变换器输出电压的实际值与设定值之间存在电压差，增大单个变换器的电压调整率。

5.根据权利要求4所述的变换器的反馈控制电路，其特征在于：所述增设电压差支路，由电阻R4构成。

6.根据权利要求4所述的变换器的反馈控制电路，其特征在于：所述增设电压差支路，由电阻R4和开关S1串联连接构成。