CN108336903A - 用于降压电路的控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于降压电路的控制电路，所述控制电路包括参考信号产生电路和斜坡信号产生电路，所述参考信号产生电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，产生第一参考信号，所述斜坡信号产生电路接收第一电流，通过对第一电容充放电得到斜坡信号；对所述第一参考信号或/和第一电流进行比例调节，比例调节前，第一参考信号与第一电流的比值为k1；比例调节后，分别得到第二参考信号和第二电流，所述第二参考信号与第二电流的比值为k2；k2与k1比值为D为降压电路主功率管占空比；包含有第二参考信号的基准电压与斜坡信号进行比较，产生控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。本发明能够优化降压输入电流中的谐波。

Description

用于降压电路的控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种用于降压电路的控制电路及控制方法。
背景技术
THD(total harmonic distortion，总谐波失真)，是指用信号源输入时，由于所在系统不是完全线性的，造成输出信号比输入信号多出的谐波成分，通常用百分数表示。开关变换电路由于其高效率、易控制等优点，在电源转换领域得到了广泛应用。在交流-直流(AC-DC)变换中，为了防止变换器的输入电流对电网造成污染，通常要求变换器达到行业或者各个国家/地区规定的功率因数和谐波要求。
现有技术中，用于降压电路的控制电路原理图如图1所示，将基准电压VREF和斜坡信号Vramp相比较得到控制降压电路中主功率管导通或者关断的控制信号VC，将表征电感电流的采样信号Isense和电流参考信好IREF的误差放大得到所述所述基准电压VREF。现有技术的控制电路不具有优化谐波的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于优化降压电路谐波的控制电路及控制方法，以解决现有技术存在的降压电路输入电流谐波较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于降压电路的控制电路，所述控制电路包括参考信号产生电路和斜坡信号产生电路，其特征在于：
所述参考信号产生电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，产生第一参考信号，所述斜坡信号产生电路接收第一电流，通过第一电流或者将第一电流调整得到的第二电流，通过对第一电容充放电得到斜坡信号；
对所述第一参考信号或/和第一电流进行比例调节，比例调节前，第一参考信号与第一电流的比值为k1；比例调节后，分别得到第二参考信号和第二电流，所述第二参考信号与第二电流的比值为k2；k2与k1比值为D为降压电路主功率管占空比；
包含有第二参考信号的基准电压与斜坡信号进行比较，产生控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
可选的，所述参考信号产生电路包括误差放大电路，所述误差放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出所述第一参考信号，所述第一参考信号作为所述第二参考信号；所述斜坡信号产生电路包括电流转化电路和第一电容，所述电流转化电路接收所述第一电流，所述电流转化电路对所述第一电流进行比例调节，输出所述第二电流，所述第二电流与所述第一电流的比值为D*(1-D)，所述第二电流给所述第一电容充放电，用于产生所述斜坡信号。
可选的，所述参考信号产生电路包括误差放大电路和电压转化电路，所述误差放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出所述第一参考信号，所述电压转化电路接收所述第一参考信号，并对所述第一参考信号进行比例调节，输出所述第二参考信号，所述第二参考信号与所述第一参考信号的比值为所述斜坡信号产生电路包括第一电容，所述第一电流给所述第一电容充放电，用于产生所述斜坡信号，所述第二电流为所述第一电流。
可选的，所述参考信号产生电路包括误差放大电路和电压转化电路，所述误差放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出所述第一参考信号，所述电压转化电路接收所述第一参考信号，并对所述第一参考信号进行比例调节，输出所述第二参考信号；所述斜坡信号产生电路包括电流转化电路和第一电容，所述电流转化电路接收所述第一电流，并对所述第一电流进行比例调节，输出所述第二电流，所述第二电流给所述第一电容充放电，用于产生所述斜坡信号；所述第二参考信号与所述第一参考信号的比值为所述第二电流与所述第一电流的比值为1-D；或者，所述第二参考信号与所述第一参考信号的比值为所述第二电流与所述第一电流的比值为D。
可选的，所述参考信号产生电路还包括补偿电容和加法器，补偿电流对所述补偿电容充放电得到谐波补偿电压；所述加法器将所述第二参考信号和所述谐波补偿电压相加，得到所述基准电压。
可选的，所述控制电路还包括比较器，所述第二参考信号作为所述基准电压，所述比较器第一输入端接收所述基准电压，第二输入端接收所述斜坡信号，输出控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
可选的，所述控制电路还包括比较器，所述比较器第一输入端接收所述基准电压，第二输入端接收所述斜坡信号，输出控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
本发明提供一种用于降压电路的控制电路，所述控制电路产生参考信号和基准电压，并将基准电压和斜坡信号进行比较，用以产生控制开关管导通或者关断的控制信号，其特征在于：将表征电感电流的采样信号和电流参考信号的误差放大得到第一参考信号，将补偿电流对补偿电容充电得到谐波补偿电压，将第一参考信号和谐波谐波补偿电压相加得到所述基准电压；将第一电流给第一电容充放电得到所述斜坡信号。
可选的，所述控制电路包括参考信号产生电路和斜坡信号产生电路，所述参考信号产生电路包括运算放大电路、补偿电容和加法器，所述斜坡信号产生电路包括第一电容，所述运算放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出第一参考信号；所述补偿电流给所述补偿电容充放电得到所述谐波补偿电压；所述加法器将所述第一参考信号和所述谐波补偿电压相加得到所述基准电压；所述第一电流给所述第一电容充放电用于得到所述斜坡信号。
本发明还提供一种用于降压电路的控制方法，其特征在于：
将表征电感电流的采样信号和电流参考信号的误差放大得到第一参考信号，根据第一电流，通过对电容充放电得到斜坡信号。
对所述第一参考信号或/和第一电流进行比例调节，比例调节前，第一参考信号与第一电流的比值为k1；比例调节后，分别得到第二参考信号和第二电流，所述第二参考信号与第二电流的比值为k2；k2与k1比值为D为降压电路主功率管占空比；
将包含第二参考信号的基准电压和所述斜坡信号进行比较，产生控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
本发明能够优化降压电路输入电流中的谐波。
附图说明
图1为现有技术控制电路原理图；
图2为本发明应用于降压电路的控制电路原理图；
图3为第一种控制电路原理图；
图4为第二种控制电路原理图；
图5为第三种控制电路原理图；
图6为第四种控制电路原理图；
图7为第五种控制电路原理图；
图8为第六种控制电路原理图；
图9为第七种控制电路原理图；
图10为本发明降压电路输入电流波形图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明应用于降压电路的谐波优化控制电路原理图，包括整流电路U01、滤波电路U02、BUCK电路U03、采样电路U04和控制电路U05，交流电压VIN通过整流电路U01转化为半波直流电压，所述半波直流电压经过滤波电路U02滤除高次谐波后作为BUCK电路U03的输入电压Vin。所述采样电路U04连接所述BUCK电路U03输出端，输出表征BUCK电路电感电流的采样信号Isense，所述控制电路U05接收采样信号Isense，输出驱动信号VDR用于BUCK电路U03中主开关管和辅开关管的通断。所述控制电路控制原理如下：例如，BUCK电路输入电压Vin＝Vm*sin t，Vm为输入电压Vin峰值；BUCK电路上管导通时间Ton内，给定电流Iramp给电容C充电，则BUCK电路输入电流为：
其中，D为BUCK电路主功率开关管的占空比。对进行比例调节，调节前，调节后得到Iin中除了sint其余均为常数，则输入电流Iin不含谐波。由于滤波电路中的电容也会造成Iin中产生谐波，因此设计补偿电容用于优化此类型谐波。所述控制电路包括参考信号产生电路和斜坡信号产生电路，所述参考信号产生电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，产生第一参考信号，所述斜坡信号产生电路接收第一电流，通过对第一电容充放电得到斜坡信号；对所述第一参考信号或/和第一电流进行比例调节，比例调节前，第一参考信号与第一电流的比值为k1；比例调节后，分别得到第二参考信号和第二电流，所述第二参考信号与第二电流的比值为k2；k2与k1比值为D为BUCK电路主功率管占空比；包含有第二参考信号的基准电压与斜坡信号进行比较，产生控制BUCK电路主开关管导通或者关断的控制信号。当对第一参考信号进行比例调节，对第一电流不调节时，所述第二参考信号和所述第一参考信号的比值为所述第一电流作为所述第二电流；当对第一参考信号不调节，对第一电流进行比例调节时，所述第一参考信号作为所述第二参考信号，所述第二电流和所述第一电流的比值为D*(1-D)；当对第一参考信号进行比例调节，且第一电流进行比例调节时，述第二参考信号和所述第一参考信号的比值为所述第二电流和所述第一电流的比值为1-D，或者，述第二参考信号和所述第一参考信号的比值为所述第二电流和所述第一电流的比值为D。
如图3所示，示意了第一种控制电路原理图，包括参考信号产生电路、斜坡信号产生电路、比较器U303和驱动电路U304，所述参考信号产生电路包括误差放大电路U301和电压转化电路U302，所述斜坡信号产生电路包括第一电容C1和开关Q1。所述误差放大电路U301接收表征电感电流的采样信号Isense和电流参考信好IREF，输出第一参考信号Vcomp。所述误差放大电路U301输出端还可以接一个电容，所述电容用来稳定所述第一参考信号Vcomp。所述电压转化电路U302接收所述第一参考信号Vcomp，并对所述第一参考信号Vcomp进行比例调节，输出第二参考信号VREF2，所述第二参考信号VREF2与所述第一参考信号Vcomp的比值为D*(1-D)(D为BUCK电路主功率开关管的占空比)，所述第二参考信号VREF2作为基准电压VREF。所述第一电容C1和开关Q1并联，其第一公共端接地，第二公共端输出斜坡信号Vramp。以恒导通时间控制BUCK电路主功率管为例，当主功率管导通时，开关Q1断开，第一电流I1给第一电容C1充电，当第一电容C1上电压上升到基准电压VREF时，主功率管关断，开关Q1导通，第一电容C1放电，第一电容C1上电压为所述斜坡信号Vramp。所述比较器U303第一输入端接收所述基准电压VREF，第二输入端接收所述斜坡信号Vramp，输出控制信号VC，所述驱动电路U304接收所述控制信号VC，输出驱动信号VDR驱动BUCK电路中主功率管导通或者关断。
如图4所示，示意了第二种控制电路原理图，这种控制电路与第一种控制电路的区别仅在于：所述参考信号产生电路不包括电压转化电路，所述斜坡信号产生电路还包括电流转化电路U402，所述误差放大电路U401得到的第一参考信号Vcomp作为基准电压VREF，所述电流转化电路U402接收所述第一电流I1，并对所述第一电流I1进行比例调节，输出第二电流I2，所述第二电流I2与所述第一电流I1的比值为D*(1-D)(D为BUCK电路主功率开关管的占空比)，所述第二电流I2给第一电容C充放电得到斜坡信号Vramp。
如图5所示，示意了第三种控制电路原理图，包括参考信号产生电路、斜坡信号产生电路、比较器U504和驱动电路U505，所述参考信号产生电路包括误差放大电路U501和电压转化电路U502，所述斜坡信号产生电路包括电流转化电路U503、第一电容C1和开关Q1。所述误差放大电路U301接收表征电感电流的采样信号Isense和电流参考信好IREF，输出第一参考信号Vcomp，所述误差放大电路U501输出端还可以接一个电容，所述电容用来稳定所述第一参考信号Vcomp。所述电压转化电路U302接收所述第一参考信号Vcomp，并对所述第一参考信号Vcomp进行比例调节，输出第二参考信号VREF2，所述第二参考信号作为基准电压VREF。所述电流转化电路U503接收第一电流I1，并对所述第一电流I1进行比例调节，输出第二电流I2，，所述第二电流I2给所述第一电容C1，以得到所述斜坡信号Vramp。所述第二参考信号VREF2与所述第一参考信号Vcomp的比值为所述第二电流I2与所述第一电流Ic的比值为1-D；或者，所述第二参考信号VREF2与所述第一参考信号Vcomp的比值为所述第二电流I2与所述第一电流I1的比值为D(D为BUCK电路主功率开关管的占空比)。所述比较器U504第一输入端接收所述基准电压VREF，第二输入端接收所述斜坡信号Vramp，输出控制信号VC，所述驱动电路U304接收所述控制信号VC，输出驱动信号VDR驱动BUCK电路主功率管导通或者关断。
如图6所示，示意了第四种控制电路原理图，这种控制电路与第一种控制电路的区别仅在于：所述参考信号产生电路不包括电压转化电路，还包括补偿电容C2、开关Q2和加法器，补偿电容C2和开关Q2并联，其第一公共端接地，第二公共端输出谐波补偿电压V2。当BUCK电路输入电压Vin小于输出电压Vout时，开关Q2断开，补偿电流Ic给补偿电容C2充电；当整流电路U01的输入电压VIN小于BUCK电路输出电压Vout时，开关Q2导通，补偿电容放电，补偿电容C2上电压为谐波补偿电压V2。所述加法器将误差放大电路U601得到第一参考信号Vcomp和谐波补偿电压V2相加得到基准电压VREF。这里的谐波补偿电压V2用来优化因滤波电路U02中的电容产生的谐波。
如图7所示，示意了第五种控制电路原理图，这种控制电路与第一种控制电路的区别仅在于：所述参考信号产生电路还包括补偿电容C2、开关Q2和加法器，补偿电容C2和开关Q2并联，其第一公共端接地，第二公共端输出谐波补偿电压V2。当BUCK电路输入电压Vin小于输出电压Vout时，开关Q2断开，补偿电流Ic给补偿电容C2充电；当整流电路U01的输入电压VIN小于BUCK电路输出电压Vout时，开关Q2导通，补偿电容放电，补偿电容C2上电压为谐波补偿电压V2。将电压转化电路U702得到的第二参考信号VREF2和谐波补偿电压V2相加得到基准电压VREF。这里的谐波补偿电压V2用来优化因滤波电路U02中的电容产生的谐波。
如图8所示，示意了第六种控制电路原理图，这种控制电路与第二种控制电路(如图4所示)的区别仅在于：所述参考信号产生电路还包括加法器、开关Q2和补偿电容C2，补偿电容C2和开关Q2并联，其第一公共端接地，第二公共端输出谐波补偿电压V2。当BUCK电路输入电压Vin小于输出电压Vout时，开关Q2断开，补偿电流Ic给补偿电容C2充电；当整流电路U01的输入电压VIN小于BUCK电路输出电压Vout时，开关Q2导通，补偿电容放电，补偿电容C2上电压为谐波补偿电压V2。将误差放大电路U801得到的第一参考信号Vcomp和谐波补偿电压V2相加得到的信号作为基准电压VREF。这里的谐波补偿电压V2用来优化因滤波电路U02中的电容产生的谐波。
如图9所示，示意了第七种控制电路原理图，这种控制电路与第三种控制电路(如图5所示)的区别仅在于：所述参考信号产生电路还包括还包括加法器、开关Q2和补偿电容C2，补偿电容C2和开关Q2并联，其第一公共端接地，第二公共端输出谐波补偿电压V2。当BUCK电路输入电压Vin小于输出电压Vout时，开关Q2断开，补偿电流Ic给补偿电容C2充电；当整流电路U01的输入电压VIN小于BUCK电路输出电压Vout时，开关Q2导通，补偿电容放电，补偿电容C2上电压为谐波补偿电压V2。将电压转化电路U902得到的第二参考信号VREF2和谐波补偿电压V2累加得到的信号作为基准电压VREF。这里的谐波补偿电压V2用来优化因滤波电路U02中的电容产生的谐波。
如图10所示，示意了本发明降压电路输入电流波形图，当基准电压VREF中不包含谐波补偿电压V2时，基准电压VREF波形近似直线，输入电流Iin1中谐波较大，此类谐波主要由滤波电路中的电容引起。当基准电压VREF中包含谐波补偿电压V2时，输入电流Iin2中谐波明显降低。图中，VREF不包含谐波补偿电压V2，波形近似直线，输入电流Iin1波形畸变较大；V2为谐波补偿电压波形，当基准电压VREF中包含谐波补偿电压V2时，输入电流波形Iin2波形畸变较小。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于降压电路的控制电路，所述控制电路包括参考信号产生电路和斜坡信号产生电路，其特征在于：
所述参考信号产生电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，产生第一参考信号，所述斜坡信号产生电路接收第一电流，通过第一电流或者将第一电流调整得到的第二电流，对第一电容充放电得到斜坡信号；
对所述第一参考信号或/和第一电流进行比例调节，比例调节前，第一参考信号与第一电流的比值为k1；比例调节后，分别得到第二参考信号和第二电流，所述第二参考信号与第二电流的比值为k2；k2与k1比值为D为降压电路主功率管占空比；
包含有第二参考信号的基准电压与斜坡信号进行比较，产生控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
2.根据权利要求1所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述参考信号产生电路包括误差放大电路，所述误差放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出所述第一参考信号，所述第一参考信号作为所述第二参考信号；所述斜坡信号产生电路包括电流转化电路和第一电容，所述电流转化电路接收所述第一电流，所述电流转化电路对所述第一电流进行比例调节，输出所述第二电流，所述第二电流与所述第一电流的比值为D*(1-D)，所述第二电流给所述第一电容充放电，用于产生所述斜坡信号。
3.根据权利要求1所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述参考信号产生电路包括误差放大电路和电压转化电路，所述误差放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出所述第一参考信号，所述电压转化电路接收所述第一参考信号，并对所述第一参考信号进行比例调节，输出所述第二参考信号，所述第二参考信号与所述第一参考信号的比值为所述斜坡信号产生电路包括第一电容，所述第一电流给所述第一电容充放电，用于产生所述斜坡信号，所述第一电流作为所述第二电流。
4.根据权利要求1所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述参考信号产生电路包括误差放大电路和电压转化电路，所述误差放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出所述第一参考信号，所述电压转化电路接收所述第一参考信号，并对所述第一参考信号进行比例调节，输出所述第二参考信号；所述斜坡信号产生电路包括电流转化电路和第一电容，所述电流转化电路接收所述第一电流，并对所述第一电流进行比例调节，输出所述第二电流，所述第二电流给所述第一电容充放电，用于产生所述斜坡信号；所述第二参考信号与所述第一参考信号的比值为所述第二电流与所述第一电流的比值为1-D；或者，所述第二参考信号与所述第一参考信号的比值为所述第二电流与所述第一电流的比值为D。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述参考信号产生电路还包括补偿电容和加法器，补偿电流对所述补偿电容充放电得到谐波补偿电压；所述加法器将所述第二参考信号和所述谐波补偿电压相加，得到所述基准电压。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路还包括比较器，所述第二参考信号作为所述基准电压，所述比较器第一输入端接收所述基准电压，第二输入端接收所述斜坡信号，输出控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
7.根据权利要求5所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路还包括比较器，所述比较器第一输入端接收所述基准电压，第二输入端接收所述斜坡信号，输出控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
8.一种用于降压电路的控制电路，所述控制电路产生参考信号和基准电压，并将基准电压和斜坡信号进行比较，用以产生控制开关管导通或者关断的控制信号，其特征在于：将表征电感电流的采样信号和电流参考信号的误差放大得到第一参考信号，将补偿电流对补偿电容充电得到谐波补偿电压，将第一参考信号和谐波谐波补偿电压相加得到所述基准电压；将第一电流给第一电容充放电得到所述斜坡信号。
9.根据权利要求8所述的用于降压电路的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括参考信号产生电路和斜坡信号产生电路，所述参考信号产生电路包括运算放大电路、补偿电容和加法器，所述斜坡信号产生电路包括第一电容，所述运算放大电路接收表征电感电流的采样信号和电流参考信号，输出第一参考信号；所述补偿电流给所述补偿电容充放电得到所述谐波补偿电压；所述加法器将所述第一参考信号和所述谐波补偿电压相加得到所述基准电压；所述第一电流给所述第一电容充放电用于得到所述斜坡信号。
10.一种用于降压电路的控制方法，其特征在于：
将表征电感电流的采样信号和电流参考信号的误差放大得到第一参考信号，根据第一电流，通过对电容充放电得到斜坡信号。
对所述第一参考信号或/和第一电流进行比例调节，比例调节前，第一参考信号与第一电流的比值为k1；比例调节后，分别得到第二参考信号和第二电流，所述第二参考信号与第二电流的比值为k2；k2与k1比值为D为降压电路主功率管占空比；
将包含第二参考信号的基准电压和所述斜坡信号进行比较，产生控制降压电路主开关管导通或者关断的控制信号。
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