CN107147289A - 控制方法、控制电路及多相变换器 - Google Patents

控制方法、控制电路及多相变换器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多相变换器的控制方法、控制电路和多相变换器，通过产生表征所述多相变换器的各个通道的电感电流与参考电流之间误差的误差信号来修正对应通道的电感电流采样信号，以获得对应的修正采样信号，然后根据修正采样信号来产生各个通道的功率开关管的开关驱动信号，当所述多相变换器的某个通道的电感电流偏低时，对应的修正采样信号会增加，从而控制对应的开关驱动信号的占空比减小，最终调节该通道的电感电流减小，当所述多相变换器的某个通道的电感电流偏高时，对应的修正采样信号会减小，从而控制对应的开关驱动信号的占空比增加，最终调节该通道的电感电流增加，以实现各个通道的电感电流之间的均衡。

Description

控制方法、控制电路及多相变换器
技术领域
本发明设计电力电子技术领域，尤其涉及一种控制方法、控制电路及多相变换器。
背景技术
在开关电源技术中，为了减小变换器的电感的尺寸，通常采用多相并联交错的方法，在这种多相变换器的每一个通道均有对应的功率开关管和电感，所述多相变换器的所有通道的输入端共连接，以接收输入电压，输出端共连接至多相变换器的输出滤波电路的输入端，以通过输出滤波电路输出输出电压。利用这样的多相变换器结构，原来单相变换器中一个电感所需要承担的电流可以均衡的分摊至多相变换器的各个通道的电感，每个所述通道所需要承担的电流就可以大幅度减小，从而可减小变换器的电感的尺寸。
然而，在多相变换器中，每个通道的电感的存在一定失配(每个通道的电感的实际的感值与理想值存在误差)，影响了各个通道的电感电流的均衡效果。电感的感值越大，其承载的电流越大，因此为了使各个通道的电感电流均衡(此处均衡是指各个通道的电感电流的值尽量相等)，在控制这种多相变换器工作时，还需要对各个通道之间的电流进行电流均衡控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种控制方法、控制电路及多相变换器，以均衡多相变换器的各个通道之间的电感电流。
一种多相变换器的控制方法，其特征在于，包括：
产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个采样信号，每一个所述采样信号表征对应通道的电感电流，
产生与所述多个通道对应的误差信号，每个所述差值信号表征对应通道的电感电流与参考电流的误差值，
根据误差信号修正对应的所述采样信号，以获得多个修正采样信号，
根据所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流。
优选地，产生多个所述误差信号的步骤包括：
产生多个与所述多相变换器的多个通道对应的第一平均信号，每一个所述第一平均信号表征对应的所述通道中的电感电流的平均值，
根据对应的所述第一平均信号与所述参考电流的参考表征信号之间的差值产生对应的所述误差信号。
优选地，所述控制方法还包括：
产生表征多个所述第一平均信号的平均值第二平均信号，
并以所述第二平均信号作为所述参考表征信号。
优选地，根据所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流的步骤包括：
产生表征所述多相变换器的输出反馈信号与输出参考信号之间的误差补偿信号，
通过比较所述误差补偿信号与各个所述修正采样信号的大小关系，产生多个开关驱动信号，以控制各个所述通道的功率开关管的开关状态，从而均衡各个所述通道之间的电感电流。
一种多相变换器的控制电路，其特征在于，所包括：
电感电流采样电路，用于产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个采样信号，每一个所述采样信号表征对应通道的电感电流，
误差电路，用于产生与所述多个通道对应的误差信号，每个所述误差信号表征对应通道的电感电流与参考电流的误差值，
修正电路，用于根据多个所述误差信号修正对应通道的所述采样信号，以产生多个修正采样信号，
所述控制电路根据多个所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流。
优选地，所误差电路包括：
第一平均电路，用于产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个第一平均信号，每一个所述第一平均信号表征对应的所述通道中的电感电流的平均值，
差值电路，用于根据对应的所述第一平均值信号与所述参考电流的参考表征信号之间的差值产生对应的所述误差信号。
优选地，所述误差电路还包括第二平均值电路，用于产生表征多个所述第一平均信号的平均值的第二平均信号，以作为所述参考表征信号。
优选地，每一个所述修正采样信号为对应的所述采样信号和误差信号的叠加信号。
优选地，所述的控制电路还包括：
所述误差补偿电路，用于产生表征所述多相变换器的输出反馈信号与输出参考信号之间的误差补偿信号，
比较电路，用于比较所述误差补偿信号与各个所述修正采样信号的大小关系，以输出多个比较信号，
开关驱动信号产生电路，用于根据各个所述比较信号产生多个开关驱动信号，以控制各个所述通道的功率开关管的开关状态，从而均衡各个所述通道之间的电感电流。
一种多相变换器，其特在于包括上述任意一项所述的控制电路。
由上可见，通过产生表征所述多相变换器的各个通道的电感电流与参考电流之间误差的误差信号来修正对应通道的电感电流采样信号，以获得对应的修正采样信号，然后根据修正采样信号来产生各个通道的功率开关管的开关驱动信号，当所述多相变换器的某个通道的电感电流偏低时，对应的修正采样信号会增加，从而控制对应的开关驱动信号的占空比减小，最终调节该通道的电感电流减小，当所述多相变换器的某个通道的电感电流偏高时，对应的修正采样信号会减小，从而控制对应的开关驱动信号的占空比增加，最终调节该通道的电感电流增加，以实现各个通道的电感电流之间的均衡。
附图说明
图1为依据本发明实施例的多相变换器的电路框图；
图2为图1中的电流均衡电路的电路框图；
图3为图2中的第一平均电路的电路的具体实现电路图；
图4为图2中的第二平均电路的电路的具体实现电路图；
图5为多相变换器的第X路通道对应的第X路差值电路和第X路修正电路对应的具体电路图；
图6为多相变换器的工作波形图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。此外需要说明的是，在具体实施方式这一项内容中“所述…”是仅指本发明的中的技术属于或特征。
图1为依据本发明实施例的多相变换器的电路框图，所述多相变换器主要包括多相功率级电路和控制电路。如图1所示，每一相所述功率级电路如功率级电路1、功率级电路2、…功率级电路N的输入端共连接，以接收输入电压VIN，而各相功率级电路的输出端也共连接，并通过由电容CO和电阻RO构成输出滤波电路输出输出电压VOUT。为了便于观察，将各相功率级电路中对应的电感，如电感L1、L2、…LN从对应相的功率级电路中分离出来。为了便于描述，每一相所述功率级电路在后续均成为所述多相变换器的一个通道，如电感L1和其所属的功率级电路1构成所述多相变换器的一个通道。在图1所示的多相变换器中，各相功率级电路的拓扑结构可以升压型，也可以为降压型等其它类型的拓扑结构，本发明对各相功率级电路的拓扑结构类型不做限定。
继续参考图1所示，所述多相变换器的控制电路主要包括电感流采样电路、电流均衡电路、误差补偿电路、比较电路以及开关驱动信号产生电路。
所述电感电流采样电路用于产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个采样信号VCS1、VCS2、…VCSN，每一个所述采样信号表征对应通道的电感电流，如采样信号VCS1为流过电感L1的电流IL1的采样信号，采样信号VCS2为流过电感L2的电流IL2的采样信号，以及采样信号VCSN为流过电感LN的电流ILN的采样信号。电感电流采样电路可以直接与各个电感相连，以采样各个电感电流，也可以通过采样流过各个通道的功率开关管(图1中未画出)的电流来获取各个所述采样信号。
所述均流平衡电路如图2所示，其可进一步包括误差电路和修正电路。所述误差电路用于产生与所述多个通道对应的误差信号，如IPD1_error、IPD2_error、…IPDN_error，每个所述误差信号表征对应通道的电感电流与参考电流的误差值。所述误差电路可根据所述采样信号VCS1、VCS2、…VCSN来产生与各个所述采样信号对应的误差信号。其中，所述参考电流可以为根据需要预先设定的值，也可以为各个通道的电感电流之间的平均值。
如图2所示，所述误差电路可以进一步包括第一平均电路，如第一平均电路1、第一平均电路2、…第一平均电路N，各个所述第一平均电路用于产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个第一平均信号IPD1、IPD2、…PIDN，每一个所述第一平均信号表征对应的所述通道中的电感电流的平均值。如第一平均信号IPD1表征电感电流IL1的平均值，第一平均信号IPD2表征电感电流IL2的平均值，以及第一平均信号IPDN表征电感电流ILN的平均值。
各个所述第一平均电路可以根据对应的通道的采样信号来产生对应的第一平均信号，如图3示出了所述多相变换器的第X通道对应的第一平均电路的具体实现电路图，所述X大于等于1小于等于所述N，所述第一平均电路X接收采样信号VCSX，并产生值等于采样信号VCSX的平均值的第一平均信号IPDX，由于采样信号VCX表征第X通道的电感电流，则第一平均信IPDX也可以表征该通道的电感电流的平均值，且第一平均信号IPDX的值可以直接等于第X通道的电感电流的平均值或者与该平均值成正比。如图3所示，第一平均电路X主要由跨导放大器GMX、电阻RX1、开关SX、电容CX1、电阻RX2、电容CX2构成，各个组成部分的具体连接关系如图3所示，跨导放大器GMX的同相端接收采样信号VCSX，反向端接参考地电压，以将采样信号VCSX转换成一跨导电流输出，该跨导电流流经电阻RX1以形成以充电电压，该电压在开关SX导通期间对电容CX1充电，以在电容CX1上形成电压VCSX_sh，该电压由经由电阻RX2和电容CX2构成的滤波电路滤波后，形成第一平均信号IPDX，其中，开关SX的开关状态与第X通道中的功率开关管的开关状态相同，即开关SX可以由第X通道中的功率开关管的开关驱动信号DX进行控制。跨导放大器GMX的跨导值与电阻RX1的阻值之间的乘积为1，跨导放大器GMX的跨导值为50u西门子，电阻RX1的阻值为10k欧姆。
在图2中，所述差值电路用于根据对应的所述第一平均值信号IPD1、IPD2、…PIDN与所述参考电流的参考表征信号之间的差值产生对应的所述误差信号IPD1_error、IPD2_error、…IPDN_error。其中，所述参考电流的参考表征信号的值等于参考电流的值本身或者与该参考电流值成正比，其用于表征所述参考电流。如在本实施例中，所述参考表征信号可以为各个第一平均值信号IPD1、IPD2、…PIDN之间的平均值，即其表征各个通道的电感电流之间的平均电流值，则如图2所示，所述误差电路还可以进一步包括第二平均电路，所述第二平均电路用于接收各个所述第一平均值信号IPD1、IPD2、…PIDN，并产生表征各个第一平均值信号IPD1、IPD2、…PIDN的平均值的第二平均信号IPDA，如IPDA＝(IPD1+IPD2+…+PIDN)/N，并以所述第二平均信号IPDA作为所述参考表征信号。则每一个所述误差信号的值等于对应的第一平均信号的值与所述第二平均信号的值的差值，即满足如下等式：
IPD1_error＝IPD1-IPDA；
IPD2_error＝IPD2-IPDA；
…
IPDN_error＝＝IPDN-IPDA。
图4示出了所述第二平均电路的一种具体实现电路，所述第二平均电路主要包括跨导放大器gm1、跨导放大器gm2、…跨导放大器gmN和电阻RA。跨导放大器gm1、跨导放大器gm2、…跨导放大器gmN的同相输入端分别对应的接收第一平均值信号IPD1、IPD2、…PIDN，反向输入端均接参考地电压，输出端均与电阻RA的第一端相连，以输出第二平均信号IPDA，电阻RA的第二端接参考地端。其中跨导放大器gm1、跨导放大器gm2、…跨导放大器gmN对应的跨导值之间的和值与电阻RA的阻值的乘积为1。
所述修正电路用于根据误差信号IPD1_error、IPD2_error、…IPDN_error修正对应通道的所述采样信号VCS1、VCS2、…VCSN，以产生多个修正采样信号VCS1_Bal、VCS2_Bal、…VCSN_Bal，使得所述控制电路可以根据多个所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流。其中，每一个所述修正采样信号为对应的所述采样信号和误差信号的叠加信号，即每一个所述修正采样信号的值等于对应的所述采样信号的值与误差信号的值之和，如：VCS1_Bal的值等于VCS1的值与IPD1_error的值的和值，VCS2_Bal的值等于VCS2的值与IPD2_error的值的和值，VCSN_Bal的值等于VCSN的值与IPDN_error的值的和值。
在本实施例中，所述差值电路可以包括多路与所述多相变换器的各个通道对应的差值电路，而修正电路也可以包括与所述多相变换器的各个通道对应的修正电路，且多路所述差值电路与多路所述修正电路一一对应。图5示出了所述多相变换器的第X通道对应的第X路差值电路和第X路修正电路的一种具体实现电路图。如图5所示，第X路差值电路包括跨导放大器GmX1，其同相输入端输入第一平均信号IPDX，反向输入端输入第二平均信号IPDA,输出端输出误差信号IPDX_error。第X路差值电路包括跨导放大器GmX2和电阻RXE，跨导放大器GmX2的同相输入端输入采样信号VCSX，反向输入端接参考地端，输出端与电阻RXE的第一端相连，电阻RXE的第二端与参考地端相连。跨导放大器GmX1的输出端也与电阻RXE的第一端相连，则跨导放大器GmX2、跨导放大器GmX2均向电阻RXE输出各自的跨导电流，以在电阻RXE上形成修正采样信号VCSX_Bal，合理的设置跨导放大器GmX2、跨导放大器GmX2的跨导值和电阻RXE的阻值，便可使得VCSX_Bal等于VCSX的值与IPDX_error的值的和值，如使得放大器GmX2的跨导值与电感RXE的阻值的乘积为1，以及跨导放大器GmX2的跨导值和电阻RXE的阻值的乘积也为1。
继续参考图2所示，所述误差补偿电路用于产生表征所述多相变换器的输出反馈信号VFB与输出参考信号VREF之间的误差补偿信号VCOMP。所述误差补偿电路在本实施例中主要包括跨导放大器GM、补偿电路以及输出反馈电路，其中，跨导放大器GM的同相输入接收所述输出参考信号VREF，反向输入端接收输出反馈信号VFB，输出端与所述补偿电路相连，以输出所述误差补偿信号VCOMP。所述补偿电路可以为串联在跨导放大器GM的输出端和参考地端之间的电容CCOMP和电阻RCOMP构成。输出反馈电路用于产生输出反馈信号VFB，如其可以为连接在输出端的电阻分压网络，该电阻分压网络在本实施例中由电阻R1和R2构成。
在图2中，所述比较电路用于比较所述误差补偿信号VCOMP与各个所述修正采样信号VCS1_Bal、VCS2_Bal、…VCSN_Bal的大小关系，以输出多个比较信号，然后所述开关驱动信号产生电路根据各个所述比较信号产生多个开关驱动信号D1、D2、…DN，以控制各个所述通道的功率开关管的开关状态，从而均衡各个所述通道之间的电感电流。具体的，所述比较电路进一步包括与所述多相变换器的各个通道对应的比较器，各个比较器分别用于比较对应的修正采样信号与误差补偿信号之间的大小关系，当对应修正信号的值等于所述补偿信号VCOMP的值时，所述开关驱动信号产生电路产生的对应的开关驱动信号便可控制该通道的功率开关管关断。如与第1通道对应的比较器CP1,其同相输入端接收修正采样信号VCS1_Bal，反向输入端接收误差补偿信号VCOMP，当VCS1_Bal达到补偿信号VCOMP的值时，开关驱动信号D1切换至无效状态，以控制第1通道的功率开关管关断；第2通道对应的比较器CP2,其同相输入端接收修正采样信号VCS2_Bal，反向输入端接收误差补偿信号VCOMP，当VCS2_Bal达到补偿信号VCOMP的值时，开关驱动信号D2切换至无效状态，以控制第2通道的功率开关管关断；以及与第N通道对应的比较器CPN,其同相输入端接收修正采样信号VCSN_Bal，反向输入端接收误差补偿信号VCOMP，当VCSN_Bal达到补偿信号VCOMP的值时，开关驱动信号DN切换至无效状态，以控制第N通道的功率开关管关断。图2中虽然未描述如何控制各个功率开关管的开通，但是本领域的技术人员应该知道，可以通过时钟信号或其它PWM控制信号在需要开通功率开关管的时刻控制各个功率开关管导通。
图6为多相变换器的第X通道对应的工作波形图，图6(a)是未对采样信号VCSX进行修正的工作波形图，图6(b)与6(c)是对采样信号VCSX进行修正后，根据修正采样信号VCSX_Bal进行电流均衡控制的工作波形图。如6(b)所示，当通道中的电感电流ILX偏低时，其小于所述参考电流，即第一平均信号IPDX的值小于第二平均信号IPDA的值，则对应的误差信号IPDX_error的值小于零，使得对应的修正信号VCSX_Bal减小，而小于对应的采样信号VCSX的值，则VCSX_Bal达到误差补偿信号VCOMPD所需要的时间延长，使得开关驱动信号DX的占空比增加，以增加电感电流ILX的值，使得其逼近所述参考电流。如6(c)所示，当通道中的电感电流ILX偏高时，其大于所述参考电流，即第一平均信号IPDX的值大于第二平均信号IPDA的值，则对应的误差信号IPDX_error的值大于零，使得对应的修正信号VCSX_Bal增加，而大于于对应的采样信号VCSX的值，则VCSX_Bal达到误差补偿信号VCOMPD所需要的时间减短，使得开关驱动信号DX的占空比减小，以降低电感电流ILX的值，使得其逼近所述参考电流。
由上可见，通过产生表征所述多相变换器的各个通道的电感电流与参考电流之间误差的误差信号来修正对应通道的电感电流采样信号，以获得对应的修正采样信号，然后根据修正采样信号来产生各个通道的功率开关管的开关驱动信号，当所述多相变换器的某个通道的电感电流偏低时，对应的修正采样信号会增加，从而控制对应的开关驱动信号的占空比减小，最终调节该通道的电感电流减小，当所述多相变换器的某个通道的电感电流偏高时，对应的修正采样信号会减小，从而控制对应的开关驱动信号的占空比增加，最终调节该通道的电感电流增加，以实现各个通道的电感电流之间的均衡。
此外，本发明还提供了一种多相变换器的控制方法，其主要包括以下步骤：
产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个采样信号，每一个所述采样信号表征对应通道的电感电流，
产生与所述多个通道对应的误差信号，每个所述差值信号表征对应通道的电感电流与参考电流的误差值，
根据误差信号修正对应的所述采样信号，以获得多个修正采样信号，
根据所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流。
进一步的，在本发明实施例中产生多个所述误差信号的步骤又可包括：
产生多个与所述多相变换器的多个通道对应的第一平均信号，每一个所述第一平均信号表征对应的所述通道中的电感电流的平均值，
根据对应的所述第一平均信号与所述参考电流的参考表征信号之间的差值产生对应的所述误差信号。
此外，所述控制方法，还包括：
产生表征多个所述第一平均信号的平均值第二平均信号，
并以所述第二平均信号作为所述参考表征信号。
以及，根据所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流的步骤包括：
产生表征所述多相变换器的输出反馈信号与输出参考信号之间的误差补偿信号，
通过比较所述误差补偿信号与各个所述修正采样信的大小关系，产生多个开关驱动信号，以控制各个所述通道的功率开关管的开关状态，从而均衡各个所述通道之间的电感电流。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种多相变换器的控制方法，其特征在于，包括：
产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个采样信号，每一个所述采样信号表征对应通道的电感电流，
产生与所述多个通道对应的误差信号，每个所述差值信号表征对应通道的电感电流与参考电流的误差值，
根据误差信号修正对应的所述采样信号，以获得多个修正采样信号，
根据所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流。
2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，产生多个所述误差信号的步骤包括：
产生多个与所述多相变换器的多个通道对应的第一平均信号，每一个所述第一平均信号表征对应的所述通道中的电感电流的平均值，
根据对应的所述第一平均信号与所述参考电流的参考表征信号之间的差值产生对应的所述误差信号。
3.根据权利要求2所述控制方法，其特征在于，还包括：
产生表征多个所述第一平均信号的平均值第二平均信号，
并以所述第二平均信号作为所述参考表征信号。
4.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，根据所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流的步骤包括：
产生表征所述多相变换器的输出反馈信号与输出参考信号之间的误差补偿信号，
通过比较所述误差补偿信号与各个所述修正采样信号的大小关系，产生多个开关驱动信号，以控制各个所述通道的功率开关管的开关状态，从而均衡各个所述通道之间的电感电流。
5.一种多相变换器的控制电路，其特征在于，所包括：
电感电流采样电路，用于产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个采样信号，每一个所述采样信号表征对应通道的电感电流，
误差电路，用于产生与所述多个通道对应的误差信号，每个所述误差信号表征对应通道的电感电流与参考电流的误差值，
修正电路，用于根据多个所述误差信号修正对应通道的所述采样信号，以产生多个修正采样信号，
所述控制电路根据多个所述修正采样信号均衡多个所述通道之间的电感电流。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所误差电路包括：
第一平均电路，用于产生与所述多相变换器的多个通道对应的多个第一平均信号，每一个所述第一平均信号表征对应的所述通道中的电感电流的平均值，
差值电路，用于根据对应的所述第一平均值信号与所述参考电流的参考表征信号之间的差值产生对应的所述误差信号。
7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述误差电路还包括第二平均值电路，用于产生表征多个所述第一平均信号的平均值的第二平均信号，以作为所述参考表征信号。
8.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，每一个所述修正采样信号为对应的所述采样信号和误差信号的叠加信号。
9.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，还包括：
所述误差补偿电路，用于产生表征所述多相变换器的输出反馈信号与输出参考信号之间的误差补偿信号，
比较电路，用于比较所述误差补偿信号与各个所述修正采样信号的大小关系，以输出多个比较信号，
开关驱动信号产生电路，用于根据各个所述比较信号产生多个开关驱动信号，以控制各个所述通道的功率开关管的开关状态，从而均衡各个所述通道之间的电感电流。
10.一种多相变换器，其特在于包括权利要求5-9所述的控制电路。
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