CN110994986B - 一种电源控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源控制方法，所述电源包括电源用于控制占空比的控制电路；该方法包括以下步骤：1)当电源系统处于轻载稳态工作时，预测负载动态后电源电路的占空比D；2)根据步骤1)中的预测结果，结合变压器的匝比、谐振电感值，获得占空比限幅值Dmax；3)根据获取电源电路的实时占空比D1；所述实时占空比通过实时采样的输入电压值、输出电压值，和已知电源变压器的匝比，计算电源电路的实时占空比；4)当电源系统处于负载工作时，若实时占空比D1<＝Dmax，则根据实时占空比D1控制PWM模块发波，若实时占空比D1>Dmax，则将Dmax的值赋给实时占空比D1，再根据D1控制PWM模块发波。本发明方法有效抑制系统中电压和电流的超调，减小电压和电流的过冲。

Description

一种电源控制方法
技术领域
本发明涉及开关电源控制技术，尤其涉及一种电源控制方法。
背景技术
在开关电源如BUCK、BOOST、正激、反激、移相全桥等电路中，大部分都采用PWM/PFM(脉冲宽度调宽/脉冲频率调制)进行控制。当输入、输出电压或者负载等发生变化时，电源可以通过PWM/PFM进行自动调节。但是，在有较大的动态时，如从轻载突加到重载，电路的工作模式，有可能会从DCM(断续模式)向CCM(连续模式)转换，使占空比D会有较大的变化。由于在突加重载时，输入不能快速跟随输出所需的能量，会出现输入欠能量的过程，为了弥补其能量的欠缺，占空比D就会有一个较大的超调，因此会造成功率器件上的电压和电流有较大过冲。
突加重载的过程如图1所示，其中，A状态为轻载DCM模式，其稳态占空比较小为Da，在突加重载时，我们理想的动态过程是如图的线路1所示，输入电流Iin缓慢平稳的达到B状态，其工作模式也由DCM模式下，缓慢的向CCM模式下过渡，最终达到稳态的占空比Db。但是实际从A到B的变化中，会沿如图1中的2、3路线过渡，就会存在占空比D有较大超调的过程，如状态C，该状态下占空比Dc可能是远大于Db，因此，将会引起功率器件的电压和电流有较大的过冲。
当电流和电压有过冲时，开关管、二极管、变压器等器件就会有较大的电压和电流应力，不利于器件的选型，而且还会增加其损耗，影响电源的效率。因此，有效的抑制该过冲电压和电流，对开关电源有极为重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种电源控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电源控制方法，所述电源包括电源用于控制占空比的控制电路；
该方法包括以下步骤：
1)当电源系统处于轻载稳态工作时，预测负载动态后电源电路的占空比D；
2)根据步骤1)中的预测结果，结合变压器的匝比、谐振电感值对占空比进行调节，获得占空比限幅值Dmax；
3)根据获取电源电路的实时占空比D1；所述实时占空比通过实时采样的输入电压值、输出电压值，和已知电源变压器的匝比，计算电源电路的实时占空比；
4)当电源系统处于负载工作时，若实时占空比D1<＝Dmax，则根据实时占空比D1控制PWM模块发波，若实时占空比D1>Dmax，则将Dmax的值赋给实时占空比D1，再根据D1控制PWM模块发波。
按上述方案，所述电源控制电路包括MCU控制器、与MCU控制器相连的驱动电路以及与驱动电路相连的开关管；所述MCU控制器包括用于采集电源输入、输出电压值的AD转换器、根据输入、输出电压值计算实时占空比的运算器，以及ePWM模块。
按上述方案，所述步骤1)中预测占空比根据输入输出电压获得。
按上述方案，所述步骤2)中调节后的占空比限幅值Dmax为固定值。
按上述方案，所述步骤2)中调节后的占空比限幅值Dmax为计算结果上下5％浮动的区间值。
按上述方案，所述步骤1)中电源电路为BUCK、BOOST、正激、反激、半桥或全桥电路。
本发明产生的有益效果是：本发明方法通过控制预测的最大占空比，来抑制系统中电压和电流的超调，从而降低系统内有源型开关器件的动态下电压和电流应力，在很大程度上减小上述电压和电流的过冲。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是背景技术中轻载突加重载过程示意图；
图2是本发明实施例的方法流程图；
图3是本发明实施例的控制电路框图；
图4是本发明实施例的三电平全桥拓扑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，一种电源控制方法，所述电源包括电源用于控制占空比的控制电路；
控制电路如图3所示，包括MCU控制器、与MCU控制器相连的驱动电路以及与驱动电路相连的开关管；所述MCU控制器包括用于采集电源输入、输出电压值以及输出电流值的AD转换器、根据输入、输出电压值计算实时占空比的运算器，以及ePWM模块。
该方法包括以下步骤：
1)当电源系统处于轻载稳态工作时，预测负载动态后电源电路的占空比D；
预测占空比根据输入输出电压获得；
2)根据步骤1)中的预测结果，结合变压器的匝比、谐振电感值对占空比进行调节，获得占空比限幅值Dmax；
3)获取电源电路的实时占空比D1；所述实时占空比通过实时采样的输入电压值、输出电压值，和已知电源变压器的匝比，计算电源电路的实时占空比；
4)若实时占空比D1<＝Dmax，则根据实时占空比D1控制PWM模块发波，若实时占空比D1>Dmax，则将Dmax的值赋给实时占空比D1，再根据D1控制PWM模块发波。
本发明提出了一种对占空比进行预测的思想,以下将该方法成为盖帽策略，本发明对所有可以预测负载动态后的占空比的电路，如BUCK、BOOST、正激、反激、半桥和全桥等都可适用。当工作在重载CCM模式时，可以采样输入、输出电压，通过伏秒平衡原理，可以对负载的阶跃信号最终占空比进行预测，从而抑制系统中电压和电流的超调，降低系统内有源型开关器件的动态下电压和电流应力。
实施例
下面以三电平全桥作为实例进行分析，其拓扑如下图4所示。在传统的控制方式下，突加重载时，谐振电流iLr会有较大的过冲，开关管开通或关断时，电流突变，就会造成开关管有较大的电压和电流应力，同时也增加了开关损耗，降低了其工作效率。
本发明所提出的盖帽策略可以很好的解决以上问题。下图3是基于以上三电平全桥电路的限占空比控制电路的框图。包括输入和输出信号的采样，对占空比的运算以及PWM的发波，本发明的核心是在占空比运算中加入的占空比预测限幅策略。由采样的输入、输出电压值，和已知的匝比，可以实时预测负载动态下最大占空比，Dmax＝n*Vo/Vins；其中，n为匝比，Vo为输出电压，Vins为输入电压。然后再根据电路的参数和工况对其做相应的调节，最终将该值作为控制系统输出的限幅。
盖帽策略的流程图如图2所示，其中Dmax是占空比限幅值，该值可以根据实际的电路参数和工况，如变压器的匝比、谐振电感值、输入输出电压以及负载的大小等进行实时的调节，D1为运算器计算的当前占空比。策略中控制的最大占空比可以是一个固定值，也可以是一个小范围的区间值。
本发明提出了一种新颖的动态控制策略，当系统处于状态A稳定工作时，可以预测负载的阶跃信号对最终占空比的影响，通过控制预测的最大占空比，来抑制系统中电压和电流的超调，从而降低系统内有源型开关器件的动态下电压和电流应力。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种电源控制方法，所述电源包括电源用于控制占空比的控制电路；其特征在于，
该方法包括以下步骤：
1)当电源系统处于轻载稳态工作时，预测负载动态后电源电路的占空比D；
2)根据步骤1)中的预测结果，结合变压器的匝比、谐振电感值对占空比进行调节，获得占空比限幅值Dmax，其中Dmax＝n*Vo/Vins，n为匝比，Vo为输出电压，Vins为输入电压；
3)获取电源电路的实时占空比D1；所述实时占空比通过实时采样的输入电压值、输出电压值，和已知电源变压器的匝比，计算电源电路的实时占空比；
4)当电源系统处于负载工作时，若实时占空比D1<＝Dmax，则根据实时占空比D1控制PWM模块发波，若实时占空比D1>Dmax，则将Dmax的值赋给实时占空比D1，再根据D1控制PWM模块发波。
2.根据权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述电源控制电路包括MCU控制器、与MCU控制器相连的驱动电路以及与驱动电路相连的开关管；所述MCU控制器包括用于采集电源输入、输出电压值的AD转换器、根据输入、输出电压值计算实时占空比的运算器，以及ePWM模块。
3.根据权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述步骤1)中预测占空比根据输入输出电压获得。
4.根据权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述步骤2)中调节后的占空比限幅值Dmax为固定值。
5.根据权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述步骤2)中调节后的占空比限幅值Dmax为计算结果上下5％浮动的区间值。
6.根据权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述步骤1)中电源电路为BUCK、BOOST、正激、反激、半桥或全桥电路。
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