CN106899207B - 高变比直流降压变换器的改进型恒定导通时间控制方法 - Google Patents

高变比直流降压变换器的改进型恒定导通时间控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高变比直流降压变换器的改进型恒定导通时间控制方法，属于直流降压变换器控制方法，该方法是基于带有耦合电感的直流降压变换器。本发明控制方法主要包括，导通定时器、电压误差放大电路、电压比较器、RS触发器、乘法器，通过输入端电压控制导通时间，开关管导通一定时间后关断，实现这个系统开关频率的恒定，输出电压与参考电压经过误差放大器放大得到误差信号，误差信号与负载电流作乘积生成电流参考信号，电感电流与参考信号比较，电感电流小于电感参考电流时，触发RS触发器，实现开关管的再次开通。本发明所采用的控制方法，实现了恒定导通时间控制的频率恒定，动态响应速度较快，能够有效减小输出负载发生阶跃变化时输出电压的过脉冲和欠脉冲。

Description

高变比直流降压变换器的改进型恒定导通时间控制方法
技术领域
本发明涉及改进型恒定导通时间控制方法属于直流变换器技术领域。
背景技术
高变比降压直流变换器广泛应用于光伏发电储能系统中、不间断电源等领域，比较常规的直流降压变换器有BUCK电路，全桥直流降压变换器，传统非隔离型变换器比较难取得比较大的变换比，带有耦合电感的直流降压变换器能够实现高变比和高效率。
在控制方面，传统脉冲频率调制，主要是有恒定导通时间控制和恒定关断时间控制，在导通时间不变的条件控制开关频率来实现开关管的占空比调制，脉冲频率调制具有比脉宽调制更快的动态响应速度，在某些对电源精度不高的应用场合广泛应用，脉冲频率调制的稳定性受电容串联电阻的影响比较大，因此为了提高电源的稳定性和精确度需要对该方法继续优化改进。
发明内容
本发明目的是在提出一种适用于高变比直流降压变换器的改进型恒定导通时间控制技术，在继承恒定导通时间响应速度快的优点的同时，实现高变比直流降压变换器的导通频率相对稳定，同时提高抗负载扰动能力，降低由于负载发生阶跃变化时的输出电压波动。
本发明目的是通过一种控制电路来实现电感电流型恒定导通时间控制，具体组成为。
改进型恒定导通时间控制电路，由误差放大器、乘法器、电流传感器、电压比较器、RS触发器、导通定时器组成，其中输出电压经过和参考电压经过误差放大器得到误差电压Uree，误差电压Uree与电流传感器2的输出经乘法器做乘积，乘法器输出参考电流Iref,参考电流Iref与电压比较器正输入端相连接，电流传感器1与电压比较器负输入端相连接，电压比较器输出端和RS触发器S端相连接,RS触发器R端和导通定时器输出端相连接,输入电压和导通定时器输入端口1相连接,RS触发器Q端和开关管S1相连接,
Figure 889762DEST_PATH_IMAGE001
端和导通定时器输入端口2相连接。
所述改进型恒定导通时间控制方法如下。
输出电压U0和参考电压经过误差放大电路输出误差电压Uerr，误差电压Uerr和负载电流相乘得到参考电流Iref，电感耦合电感L2输出电流与参考电流进行比较，等效参考电流Iref高于电感L2电流，RS触发器触发开关管S1，输入电压控制导通定时器导通时间，经过定时时间RS触发器复位，开关S1关断，电路进入下一周期。
附图1所示恒定导通定时器由电压控制电流源gUin、电流源I0、开关S0、电压比较器、参考电压UTON组成，电压控制电流源gUin、电流源I0、电容C0、开关管S0并联，电容正极性端连接电压比较器正极性端，UTON连接电压比较器负极性端。
根据上述技术方案形成的本发明具有以下优点:
(1)实现了恒定导通时间控制策略的的频率保持相对恒定。
(2)减小了直流降压变换器系统由于负载变换引起的电压欠脉冲和过脉冲。
附图说明
图1恒定导通定时器。
图2高变比直流降压变换器拓扑结构。
图3控制系统结构图。
图4超前滞后补偿网络。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参见图2，本发明所述改进型恒定导通时间控制器是针对的高变比降压直流变换器由电压源（Uin）、开关管（S1），耦合电感（L1、L2）、滤波电容（C1、C2）、二极管（D）、负载电阻（R）组成；其中输入电压源（Uin）和开关管S1漏级、滤波电容C1相连接，开关管（S1）的源级和耦合电感（L1）相连接，电感L1异名端、电感L2同名端和二极管D的负极相连接，电感L2异名端连接电流传感器1相连接，电流传感器1的另一端和滤波电容C2、负载R相连接，电压源Uin和滤波电容C1的一端、二极管D的阳极、滤波电容C2的一端、负载电阻R的一端相连接。
该输拓扑结构输入输出电压满足
Figure 902717DEST_PATH_IMAGE002
Figure 785223DEST_PATH_IMAGE003
基于上述高变比直流降压变换器，本发明提供的控制过程如下：
控制系统结构图参考图3，开关管S1导通，恒定导通定时器开始计时，此时，耦合电感L1、L2串联，电压源Uin通过串联耦合电感和负载R供电，电感电流线性增加，经过定时器设定的时间后，定时器输出值触发RS触发器复位端，开关管S1关断，RS触发器
Figure 200023DEST_PATH_IMAGE004
置1，定时器复位，耦合电感L1中的，能量转移到电感L2中，二极管D续流，电感L1中的电流出现阶跃上升，然后缓慢下降，输出电压经过误差放大器输出误差Uerr，该输出误差和负载电流相乘得到电流参考Iref，Iref和电感电流经过电压比较器比较，如果电感电流小于参考电流Iref，电压比较器输出上升沿信号，触发RS触发器，开关管再次导通，进入下一周期。
恒定导通定时器结构如下：
导通时间定时器入附图1所示，由电压控制电流源、电流源I0、电容C0、开关S0、电压比较器、参考电压UTON组成，其中电压控制电流源、电流源I0、电容C0、开关S0并联连接，并联之后的正极性端和电压比较器的正极性端相连接，并联之后的负极性端接地，电压比较器负极性端和UTON相连接。
恒定导通时间定时器工作原理如下：
RS触发器Q端输出高电平时，
Figure 142572DEST_PATH_IMAGE004
端输出低电平，电压控制电流源I和电流源I0给电容C0充电，当电容C0两端电压高于UTON时，电压比较器输出高电平，RS触发器复位，Q端输出低电平，
Figure 642823DEST_PATH_IMAGE001
输出高电平，开关S0开通，电容C0放电，直到下一周期，触发RS触发器，恒定导通定时器开关S0关断，电容C0重新开始充电，定时器重新开始计时，电容C0电压为
Figure 63440DEST_PATH_IMAGE005
开关S1导通时间为
误差放大电路电路为超前之后补偿电路，如附图4所示，误差放大器包括电阻R1、R2、R3,电容C1、C2、C3，运算放大器，其中电阻R3、电容C3串联，再与电阻R1并联连接在运算放大器负极性端，输入电压与电阻R3相连接，电阻R2和电容C1串联，再与电容C2并联连接在运算放大器负极性端和运算放大器输出端。
另一方面导通时间
Figure 711776DEST_PATH_IMAGE007
其中：TS-开关周期，fs是开关频率。
Figure 1
令，则fs是固定值，保持了开关频率固定。

Claims (1)

1.改进型恒定导通时间控制方法，该方法基于实施的直流降压变换器由输入电压源Uin，开关管S1，二极管D,耦合电感L1、L2，滤波电容C，负载电阻R组成，所述控制方法由控制电路实现，控制电路包括，导通定时器、误差放大电路、电压比较器、RS触发器、电流传感器、乘法器，电流传感器包括电流传感器1和电流传感器2，电流传感器1用于采集电感L2的电感电流，电流传感器2用于采集负载电流，其特征在于输出电压和误差放大电路相连接，误差放大电路输出端和电流传感器2输入乘法器得到参考电流Iref，乘法器输出端和电压比较器正极性端相连接，电感电流传感器1输出端和电压比较器负极性端相连接，电压比较器输出端和RS触发器S端相连接，RS触发器R端和导通定时器输出端相连接，RS触发器Q端和开关管S1相连接，导通定时器输入端1和输入电压源相连接，导通定时器输入端2和RS触发器输出端
Figure FDA0002261700530000012
相连接；
该方法工作过程为输出电压U0和参考电压经过误差放大电路输出误差电压Uerr，误差电压Uerr和负载电流相乘得到参考电流Iref，耦合电感L2输出电流与参考电流进行比较，参考电流Iref高于耦合电感L2输出电流，RS触发器触发开关管S1，输入电压控制导通定时器导通时间，经过定时时间RS触发器复位，开关管S1关断，电路进入下一周期；
RS触发器触发方式为边沿触发方式，误差放大电路为超前滞后补偿电路；
误差放大电路包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3，运算放大器，电阻R3、电容C3串联，再与电阻R1并联连接在运算放大器负极性端，输出电压与电阻R3相连接，电阻R2和电容C1串联，再与电容C2并联以连接在运算放大器负极性端和运算放大器输出端；
导通定时器由电压控制电流源gUin、电流源I0、开关管S0、电容C0、电压比较器、参考电压UTON组成，电压控制电流源gUin、电流源I0、电容C0、开关管S0并联，电容正极性端连接电压比较器正极性端，UTON连接电压比较器负极性端；
开关管S0频率为：
Figure FDA0002261700530000011
其中I1＝gNU0，Uo为输出电压，N为电感L1和电感L2的匝数比，g为受控系数，Uin输入电压源电压，UTON为参考电压，C3为电容C3电容值。
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