CN112366955B - 一种基于推挽电路的恒流控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于推挽电路的恒流控制电路，包括：电流外环、PWM控制芯片和峰值电流控制环节。具体的，限流基准与功率输出的电流采样组成电流外环，经电流外环比例积分运算后送入PWM控制芯片(电流外环比例积分运算结果与RAMP脚信号组成峰值电流内环)，PWM控制芯片通过对比电流外环结果与RAMP脚信号形成PWM控制信号，从而达到输出恒流的目的。RAMP脚信号基于MOS管电流采样信号(输入电流采样)，通过补偿叠加PWM控制芯片CT脚的三角波而得到。该方法可以实现推挽电路精准输出恒流的同时，保证主功率变压器不会偏磁。通过运用本专利所述方法，可以将推挽电路应用于充电电路中。

Description

一种基于推挽电路的恒流控制电路及方法

技术领域

本发明涉及空间电源技术领域，特别是涉及一种基于推挽电路的恒流控制电路及方法。

背景技术

蓄电池组是一颗卫星的储能核心部件，关系到整个卫星的寿命及可靠性。卫星平台电源控制器会在光照期将富余的能量通过充电电路存储至蓄电池组中，在阴影期通过放电电路将蓄电池组的能量供负载使用。

常用的卫星充电电路包括：Buck电路、SuperBuck电路、Boost电路等，充电电路可以实现蓄电池组的恒流充电及恒压充电。推挽电路是一种隔离式升降压电路，通过两个功率MOS管交替导通来实现功率变换，在实际应用中多用峰值电流控制的方式使得每个开关周期内两个MOS管的峰值电流相等，从而防止功率变压器偏磁。

推挽电路在宇航型号中多应用于放电升压电路，几乎不应用于充电电路中。究其原因，是考虑到为防止变压器偏磁必须使用峰值电流控制而不易于实现输出恒流，从而无法实现恒流充电功能。《一种空间蓄电池管理用多路输出电源模块》(CN109617404A)公开了一种空间蓄电池管理用多路输出电源模块，其主功率拓扑由Buck电路、推挽电路和后级整流电路串联组成，该专利实现了多路电压稳定输出的功能，未实现恒流输出功能。《输入电流可调、输出恒流的推挽电路》(CN205901600U)基于Royer电路提出了一种在输入电流波动的情况下，通过输入输出稳压管及变压器的设计来保证小电流恒流输出的微功率模块。Royer电路利用磁饱和特性来实现定压输入定压输出，该专利所述的方法只适用于Royer电路，而不可用在功率推挽电路中。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于推挽电路的恒流控制电路及方法，从而达到推挽电路输出恒流的目的，以实现推挽电路在充电电路中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于推挽电路的恒流控制电路，包括电流外环、PWM控制芯片和峰值电流内环，限流基准与输出电流采样信号组成电流外环，经电流外环比例积分运算后送入PWM控制芯片，电流外环比例积分运算结果与PWM控制芯片RAMP脚信号组成峰值电流内环，PWM控制芯片通过对比电流外环结果与RAMP脚信号形成PWM控制信号，实现恒流控制。

进一步地，所述PWM控制芯片采用UC1825芯片。

进一步地，所述RAMP脚信号基于输入电流采样电路，通过斜波补偿电路叠加PWM控制芯片CT脚的三角波信号得到。

进一步地，所述输入电流采样电路包括一个电流互感器，电流互感器原边为输入功率线，输入功率线穿过电流互感器磁环中心，电流互感器副边并联有保护电阻、放大电阻和滤波电容，保护电阻和放大电阻之间连接有二极管，电流互感器副边。

进一步地，电流互感器原边和副边匝比取1：100。

进一步地，输入电流从电流互感器原边输入，经过电流互感器副边放大电阻放大和滤波电容滤波后，得到输入电流采样信号。

进一步地，所述斜波补偿电路包括第一信号叠加电阻、第二信号叠加电阻、隔直电容，PWM控制芯片CT脚的三角波信号依次经过隔直电容和第一信号叠加电阻，与经过第二信号叠加电阻的输入电流采样信号进行叠加，得到PWM控制芯片RAMP脚信号。

进一步地，输出电流采样信号经过输出电流采样电路连接至电流外环。

进一步地，所述输出电流采样电路包括电流采样电阻、差分放大电路和RC滤波电路，PWM控制芯片将PWM波输出到推挽功率电路，推挽功率电路输出功率回线上放置有电流采样电阻，电流采样电阻两端连接差分放大电路，差分放大电路与RC滤波电路连接，输出电流采样信号经过RC滤波电路连接至电流外环。

本发明还提供了一种基于推挽电路的恒流控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据输入电流采样电路进行输入电流采样；

步骤2，根据斜坡补偿电路叠加PWM控制芯片CT脚的三角波信号，得到RAMP脚信号；

步骤3，检测推挽电路是否能够稳定运行，若不能稳定运行，调整输入电流采样放大电阻和斜波补偿电路信号叠加电阻的阻值，直至推挽电路能够稳定工作，得到输出电流采样信号；

步骤4，输出电流采样信号经过输出电流采样电路连接至电流外环；

步骤5，设置电流外环比例差分系数，电流外环具有不低于45°的相位裕度，且具有不低于10dB的幅值裕度。

本发明公开了一种基于推挽电路的恒流控制电路，提出了双电流控制环(电流外环+峰值电流内环)，解决了推挽电路不易实现输出恒流的难题，具有以下有益效果：一方面，本发明通过电流外环可以实现推挽电路输出恒流的精准控制，从而可将推挽电路应用于充电电路中；另一方面，本发明通过推挽电路的峰值电流内环，保证主功率变压器不会偏磁，从而保证功率回路的安全性。

附图说明

图1为本发明一种基于推挽电路的恒流控制电路结构示意图；

图2为本发明输入电流采样电路推荐电路；

图3为本发明斜坡补偿电路推荐电路；

图4为本发明输出电流采样电路推荐电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

实施例一：

本发明提供了一种基于推挽电路的恒流控制电路，结构参见图1所示，电路由双电流环(电流外环+峰值电流内环)组成，具体包括：电流外环、PWM控制芯片(优选采用UC1825等带峰值电流控制模式的芯片)和峰值电流控制环节。具体的，限流基准与功率输出的电流采样组成电流外环，经电流外环比例积分运算后送入PWM控制芯片(电流外环比例积分运算结果与RAMP脚信号组成峰值电流内环)，PWM控制芯片通过对比电流外环结果与RAMP脚信号形成PWM控制信号，从而达到输出恒流的目的。RAMP脚信号基于MOS管电流采样信号(输入电流采样)，通过补偿叠加PWM控制芯片CT脚的三角波而得到。本发明可以实现推挽电路输出恒流的同时，保证主功率变压器不会偏磁。因此，通过运用本发明所述电路，可以将推挽电路应用于充电电路中。图1中，SGND为信号地，SGND与推挽功率电路功率回线短接；推挽功率电路通过功率正线与功率负线给外部负载供电。

图2为本发明所述的一种基于推挽电路的恒流控制方法中输入电流采样电路推荐电路。图2中T2为电流互感器，匝比取1：100为宜，实际电路中，输入功率线应穿过T2磁环中心，则T2原边即为输入功率线；R74为保护电阻，防止偏磁，推荐取值1KΩ；D35为二极管，推荐选用2CK4148UR；C38为输出电流采样信号滤波电容，为了保证信号不失真且有效滤除杂波，推荐选择10nF电容；R16为输入电流采样放大电阻，输入电流采样信号＝输入电流*R16/100，输入电流采样信号电压值应不超过1V。

图3为本发明所述的一种基于推挽电路的恒流控制方法中斜坡补偿电路推荐电路。图3中，C13为隔直电容，推荐取值10nF；R13和R14为信号叠加电阻，R13>R14时，RAMP信号中输入电流采样信号占比大，R13<R14时，RAMP信号中输入电流采样信号占比小，本发明推荐R13≥R14且二者取值在1KΩ～10KΩ为宜。

图4为本发明所述的一种基于推挽电路的恒流控制方法中输出电流采样电路推荐电路。图4中，R1为电流采样电阻，放置在推挽电路输出功率回线上，其阻值一般为毫欧级；SGND为信号地(同图1中SGND)，推挽电路功率回线为推挽功率电路的输出地线(同图1中功率回线)；R2和C2组成输出电流采样信号滤波电路，R2取值1KΩ为宜，为了尽可能反映输出电流的有效值，C2取1uF为宜。输出电流采样信号通过图中R2和C2的公共点连接至电流外环。图中，差分放大电路的作用为将电流采样电阻R1的电流采样电压信号进行差分放大，是业内公知技术，这里不再赘述。

实施例二：

本发明还提供了一种基于推挽电路的恒流控制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据图2所示的输入电流采样电路推荐电路进行输入电流采样电路设计；

步骤2：根据图3所示的斜坡补偿电路推荐电路进行斜坡补偿电路设计；

步骤3：通过设定电流外环输出为一固定值(典型值：1.5V±0.5V)，检测推挽电路是否能够稳定运行(稳定运行判据：MOS管电流采样信号每个周期的波形一致)，若不能稳定运行，则调整输入电流采样放大电阻R16和信号叠加电阻R13与R14的阻值，直至推挽电路能够稳定工作；

步骤4：根据图4所示的输出电流采样电路推荐电路进行输出电流采样电路设计；

步骤5：设计电流外环比例差分系数。电流外环应具有不低于45°的相位裕度，且具有不低于10dB的幅值裕度。

需要说明的是，上文只是对本发明进行示意性说明和阐述，本领域的技术人员应当明白，对本发明的任意修改和替换都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于推挽电路的恒流控制电路，其特征在于，包括电流外环、PWM控制芯片和峰值电流内环，限流基准与输出电流采样信号组成电流外环，经电流外环比例积分运算后送入PWM控制芯片，电流外环比例积分运算结果与PWM控制芯片RAMP脚信号组成峰值电流内环，PWM控制芯片通过对比电流外环比例积分运算结果与RAMP脚信号形成PWM控制信号，实现恒流控制；

所述PWM控制芯片采用UC1825芯片；

所述RAMP脚信号基于输入电流采样电路，通过斜波补偿电路叠加PWM控制芯片CT脚的三角波信号得到；

所述输入电流采样电路包括一个电流互感器，电流互感器原边为输入功率线，输入功率线穿过电流互感器磁环中心，电流互感器副边并联有保护电阻、放大电阻和滤波电容，保护电阻和放大电阻之间连接有二极管；

电流互感器原边和副边匝比取1：100；

输入电流从电流互感器原边输入，经过电流互感器副边放大电阻放大和滤波电容滤波后，得到输入电流采样信号；

所述斜波补偿电路包括第一信号叠加电阻、第二信号叠加电阻、隔直电容，PWM控制芯片CT脚的三角波信号依次经过隔直电容和第一信号叠加电阻，与经过第二信号叠加电阻的输入电流采样信号进行叠加，得到PWM控制芯片RAMP脚信号；

输出电流采样信号经过输出电流采样电路连接至电流外环；

所述输出电流采样电路包括电流采样电阻、差分放大电路和RC滤波电路， PWM控制芯片将PWM波输出到推挽功率电路，推挽功率电路输出功率回线上放置有电流采样电阻，电流采样电阻两端连接差分放大电路，差分放大电路与RC滤波电路连接，输出电流采样信号经过RC滤波电路连接至电流外环。

2.一种基于推挽电路的恒流控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的恒流控制电路，包括以下步骤：

步骤1，根据输入电流采样电路进行输入电流采样；

步骤2，根据斜坡补偿电路叠加PWM控制芯片CT脚的三角波信号，得到RAMP脚信号；

步骤3，检测推挽电路是否能够稳定运行，若不能稳定运行，调整输入电流采样放大电阻和斜波补偿电路信号叠加电阻的阻值，直至推挽电路能够稳定工作，得到输出电流采样信号；

步骤4，输出电流采样信号经过输出电流采样电路连接至电流外环；

步骤5，设置电流外环比例差分系数，电流外环具有不低于45°的相位裕度，且具有不低于10dB的幅值裕度。

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