CN112769334B - 一种供电电路的控制电路及供电电路 - Google Patents

一种供电电路的控制电路及供电电路 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种供电电路的控制电路，包括RC串联支路与控制支路；所述RC串联支路与供电电路中的滤波电感并联；所述控制支路，用于在每个开关周期对所述RC串联支路中的电容的电压进行积分，将积分值与参考值进行比较，当所述积分值达到所述参考值时，关断所述供电电路中的驱动开关管并导通所述供电电路中的续流开关管，以使所述供电电路中的所述滤波电感放电。该控制电路在能够使负载电流保持恒定的同时，可以减少功率损耗，提高转换效率，且响应速度快、鲁棒性好。本申请还公开了一种供电电路，同样具有上述技术效果。

Description

一种供电电路的控制电路及供电电路
技术领域
本申请涉及供电电路技术领域，特别涉及一种供电电路的控制电路；还涉及一种供电电路。
背景技术
负载一般包括恒流型负载、恒压型负载、恒功率负载等多种类型。恒流型负载稳定工作需要稳定的电流，恒压型负载稳定工作需要稳定的电压。其中，针对恒流型负载，目前大多数的供电电路采用单闭环控制方案，如图1所示，在负载端Rload串入精密电阻Rsen，采集精密电阻两端的电压表示负载电流，并将其与目标值进行比较，二者的差值进行PID调整，比较器的输出V*进一步与锯齿波进行比较，最终的输出信号用于控制上下开关管(图中所示S1与S2)；其中，上下开关管的驱动波形互补设计。
然而，串接精密电阻不仅会增加回路损耗、降低效率，而且还容易受到温漂的影响，长时间运行或负载电流变化比较大时，温度变化也比较大，会影响采样精度。另外，现有的单闭环控制方法没有考虑输出电压的变化，电压波动过大会使开关管与负载受到的电压应力增大，可能超出负载的可承受范围，需要选择具有较大电压裕度的器件。
有鉴于此，如何解决上述技术缺陷已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种供电电路的控制电路，在能够使负载电流保持恒定的同时，可以减少功率损耗，提高转换效率。本申请的另一个目的是提供一种供电电路，同样具有上述技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种供电电路的控制电路，包括：
RC串联支路与控制支路；
所述RC串联支路与供电电路中的滤波电感并联；
所述控制支路，用于在每个开关周期对所述RC串联支路中的电容的电压进行积分，将积分值与参考值进行比较，当所述积分值达到所述参考值时，关断所述供电电路中的驱动开关管并导通所述供电电路中的续流开关管，以使所述供电电路中的所述滤波电感放电。
可选的，所述控制支路包括：
积分器、比较器以及RS触发器；
所述积分器，用于对所述RC串联电路中的所述滤波电感的电压进行积分，并输出积分值至所述比较器；
所述比较器，用于将所述积分值与所述参考值进行比较，并当所述积分值达到所述参考值时触发所述RS触发器复位；
所述RS触发器，用于当复位时关断所述供电电路中的所述驱动开关管并导通所述供电电路中的所述续流开关管，以使所述供电电路中的所述滤波电感放电。
可选的，所述积分器包括：
运算放大器、积分电容以及开关；
所述积分电容并联于所述运算放大器的反相输入端与输出端；所述开关与所述积分电容并联，并连接所述RS触发器；当所述RS触发器复位时，所述开关闭合，使所述积分电容放电。
可选的，所述开关为MOS管、IGBT、继电器中的任意一种。
可选的，还包括：
滞环比较器，用于对所述供电电路的输出电压与参考电压进行比较，并将比较结果作为所述参考值输出至所述控制支路。
可选的，所述RC串联电路为一次RC串联电路。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种供电电路，所述供电电路包括电源、驱动开关管、续流开关管、滤波电感、输出电容以及如上任一项所述的控制电路。
可选的，所述驱动开关管与续流开关管均为MOS管。
本申请所提供的供电电路的控制电路，包括：RC串联支路与控制支路；
所述RC串联支路与供电电路中的滤波电感并联；所述控制支路，用于在每个开关周期对所述RC串联支路中的电容的电压进行积分，将积分值与参考值进行比较，当所述积分值达到所述参考值时，关断所述供电电路中的驱动开关管并导通所述供电电路中的续流开关管，以使所述供电电路中的所述滤波电感放电。
可见，本申请所提供的控制电路在供电电路中的滤波电感两端并联RC串联电路，用RC串联电路中电容的电压表示供电电路中滤波电感的电流，进而在每个开关周期通过对电容的电压进行积分以及将积分值与参考值进行比较而控制供电电路中的驱动开关管与续流开关管，使负载电流保持恒定。较之在负载端串接精密电阻的传统技术方案，本申请可以有效减少功率损耗，提高转换效率。并且相较于使用输出电流作为状态变量的传统方案，本申请使用滤波电感的电流作为状态变量，响应速度更快。另外，由于采用单周期控制的方式，因此可使负载电流以开关周期为单位保持恒定，鲁棒性更好。
本申请所提供的供电电路同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的控制电路的示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种供电电路及其控制电路的示意图；
图3为本申请实施例所提供的另一种供电电路及其控制电路的示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种供电电路的控制电路，在能够使负载电流保持恒定的同时，可以减少功率损耗，提高转换效率。本申请的另一个核心是提供一种供电电路，同样具有上述技术效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种供电电路及其控制电路的示意图，参考图2所示，该控制电路主要包括：
RC串联支路10与控制支路20；
RC串联支路10与供电电路中的滤波电感L并联；控制支路20，用于在每个开关周期对RC串联支路10中的电容的电压进行积分，将积分值与参考值进行比较，当积分值达到参考值时，关断供电电路中的驱动开关管S1并导通供电电路中的续流开关管S2，以使供电电路中的滤波电感L放电。
具体的，供电电路主要包括电源VI、驱动开关管S1、续流开关管S2、滤波电感L以及输出电容C。驱动开关管S1的第一端连接电源VI的正极，驱动开关管S1的第二端连接滤波电感L的第一端，驱动开关管S1的第三端(控制端)连接控制电路中控制支路20的第一输出端，滤波电感L的第二端连接输出电容C的一端，输出电容C的另一端连接电源VI的负极，续流开关管S2的第一端连接滤波电感L的第一端，续流开关管S2的第二端连接电源VI的负极，续流开关管S2的第三端(控制端)连接控制电路中的控制支路20的第二输出端。
控制电路中的RC串联支路10与供电电路中的滤波电感L并联。其中，RC串联支路10具体可为一次RC串联支路10，即一路电阻与一路电容串联的RC电路，如图3所示，电阻R1与电容C1串联后并联于滤波电感L两端。由此，通过RC电路中电容C1两端的电压表示供电电路中滤波电感L的电流。
控制支路20连接RC串联支路10以及供电电路中的两个开关管(驱动开关管S1与续流开关管S2)，用于在每个开关周期对RC串联支路10中的电容的电压进行积分，即对供电电路中滤波电感的电流进行积分，并将积分值与参考值进行比较，当积分值达到参考值时，关断供电电路中的驱动开关管S1并导通供电电路中的续流开关管S2，以使供电电路中的滤波电感L放电，以及使供电电路中的输出电容C放电，使供电电路中的滤波电感L的电流跟踪参考值。从而当供电电路中的滤波电感L的电流发生扰动时，可以在一个开关周期内恢复至稳态，实现恒流控制。
其中，在一种具体的实施方式中，控制支路20包括：积分器、比较器以及RS触发器；积分器，用于对RC串联电路中的滤波电感L的电压进行积分，并输出积分值至比较器；比较器，用于将积分值与参考值进行比较，并当积分值达到参考值时触发RS触发器复位；RS触发器，用于当复位时关断供电电路中的驱动开关管S1并导通供电电路中的续流开关管S2，以使供电电路中的滤波电感L放电。
具体的，参考图3所示，积分器的输入端连接RC串联支路10与最小电流参考值VImin，RC串联支路10中的电容C1的电压VIram以及最小电流参考值VImin作为积分器的输入，积分器的输出连接至比较器的反相输入端，比较器的正相输入端连接参考值VIref，比较器的输出端连接RS触发器的复位端，RS触发器的两个输出端分别对应连接供电电路中的驱动开关管S1与续流开关管S2。当积分器输出的积分值V*达到参考值VIref时，比较器触发RS触发器复位，关断供电电路中的驱动开关管S1并同时导通供电电路中的续流开关管S2，使供电电路中的滤波电感L与输出电容C放电，从供电电路中滤波电感L的电流以及供电电路的输出电压逐步减小。
此外，在一种具体的实施方式中，积分器包括：运算放大器、积分电容C2以及开关K；积分电容C2并联于运算放大器的反相输入端与输出端；开关K与积分电容C2并联，并连接RS触发器；当RS触发器复位时，开关K闭合，使积分电容C2放电。
参考图3所示，运算放大器的反相输入端串联电阻R2后连接于RC串联电路中电阻R1与电容C1之间，运算放大器的同相输入端连接最小电流参考值VImin。积分电容C2并联于运算放大器的反相输入端与输出端；开关K与积分电容C2并联。在触发器复位时，积分电容C2两端并联的开关K导通，积分电容C2放电。其中，上述开关可以为MOS管、IGBT、继电器中的任意一种，或者还可以为其他类型的开关。
基于上述电路结构，控制支路20的工作原理如下：
供电电路中实际应用的滤波电感L由理想电感LL与等效电阻DCR组成，在滤波电感L两端并联RC串联支路10(电阻R1与电容C1串联)。可以用电容C1两端电压VIram表示滤波电感L电流。设流过滤波电感L的电流为iL，
根据频域分析，滤波电感L两端电压为：
uL＝(sLL+DCR)iL
其中，s＝jω是复参变量，称为复频率。
电容C1两端的电压为：
Figure BDA0002887903850000061
选取电路参数满足条件
Figure BDA0002887903850000062
可令变量VIram与iL成正比，即
VIram＝DCR*iL。
在开关周期的起点，SET信号即置位信号使RS触发器置位，导通驱动开关管S1，输入电源VI给滤波电感L、输出电容C充电，滤波电感的电流iL和供电电路的输出电压VO逐步增大，VIram也同步增大。
Figure BDA0002887903850000063
t0<t<t1；其中，t0为开关周期的起点，t1为充电结束时刻。
积分器中积分电容C2上的电压V*由VImin开始逐渐减小：
Figure BDA0002887903850000064
t0<t<t1；其中，VImin＝DCR*Imin，Imin为最小允许运行电流。
即
Figure BDA0002887903850000065
当积分器输出的积分值V*达到参考电压Vref后，比较器动作，触发器复位。
此时
Figure BDA0002887903850000066
Figure BDA0002887903850000067
其中，Ipeak为滤波电感L的峰值电流。
触发器复位在关断驱动开关管S1的同时，导通续流开关管管S2续流，滤波电感L以及输出电容C放电，iL和VO逐步减小，VIram也逐步减小，直至减小到VImin，完成滤波电感电流复位，使SET信号置高，开始新的周期。
此时
Figure BDA0002887903850000068
t1<t<T；
其中，T为开关周期。关断时间
Figure BDA0002887903850000069
进一步，在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，控制电路还包括：滞环比较器，用于对供电电路的输出电压与参考电压进行比较，并将比较结果作为参考值输出至控制支路20。
具体而言，参考图3所示，供电电路的输出电压VO与参考电压Vref的差e作为滞环比较器的输入，滞环比较器的输出作为参考值连接比较器的正相输入端。当VO逐渐减小，e逐渐大于0，当e大于阈值emax后，滞环比较器输出一个较大的电压参考值Vrefmax，使积分器的输出更容易下降到参考值；当供电电路的输出电压VO逐渐增大，e小于0，当e小于阈值emin后，滞环比较器输出一个较小的参考电压值Vrefmin，使积分器的输出下降到参考值的时间延长，给负载Rload充电升压，避免负载电压波动过大。
即：
Figure BDA0002887903850000071
其中，e＝Vref-VO。
由此，通过对供电电路的输出电压进行滞环控制，可使供电电路的输出电压保持在允许范围，能够有效改善元器件应力环境，提高系统工作的稳定性。
综上所述，本申请所提供的控制电路在供电电路中的滤波电感两端并联RC串联电路，用RC串联电路中电容的电压表示供电电路中滤波电感的电流，进而在每个开关周期通过对电容的电压进行积分以及将积分值与参考值进行比较而控制供电电路中的驱动开关管与续流开关管，使负载电流保持恒定。较之在负载端串接精密电阻的传统技术方案，本申请可以有效减少功率损耗，提高转换效率。并且相较于使用输出电流作为状态变量的传统方案，本申请使用滤波电感的电流作为状态变量，响应速度更快。另外，由于采用单周期控制的方式，因此可使负载电流以开关周期为单位保持恒定，鲁棒性更好。
本申请还提供了一种供电电路，参考图1所示，该供电电路包括电源VI、驱动开关管S1、续流开关管S2、滤波电感L、输出电容C以及如上实施例所述的控制电路。
驱动开关管S1的第一端连接电源VI的正极，驱动开关管S1的第二端连接滤波电感L的第一端，驱动开关管S1的第三端(控制端)连接控制电路中控制支路的第一输出端，滤波电感L的第二端连接输出电容C的一端，输出电容C的另一端连接电源VI的负极，续流开关管S2的第一端连接滤波电感L的第一端，续流开关管S2的第二端连接电源VI的负极，续流开关管S2的第三端(控制端)连接控制电路中的控制支路的第二输出端，控制支路中的RC串联支路并联于滤波电感L两端。
其中，在一种具体的实施方式中，驱动开关管S1与续流开关管S2均为MOS管。此时，驱动开关管S1与续流开关管S2的第一端为MOS管的漏极，第二端为MOS管的源极，第三端为MOS管的栅极。
可以明白的是，驱动开关管S1与续流开关管S2还可以为其他类型的开关管，允许进行差异性设置。
对于本申请所提供的供电电路的介绍请参照上述控制电路的各实施例，本申请在此不做赘述。
因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到，在本申请提供的实施例的基本原理下结合实际情况可以存在多个例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的范围内。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本申请所提供的供电电路的控制电路及供电电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种供电电路的控制电路，其特征在于，包括：
RC串联支路与控制支路；
所述RC串联支路与供电电路中的滤波电感并联；
所述控制支路，用于在每个开关周期对所述RC串联支路中的电容的电压进行积分，将积分值与参考值进行比较，当所述积分值达到所述参考值时，关断所述供电电路中的驱动开关管并导通所述供电电路中的续流开关管，以使所述供电电路中的所述滤波电感放电；
所述控制支路包括：
积分器、比较器以及RS触发器；
所述积分器，用于对RC串联电路中的所述滤波电感的电压进行积分，并输出积分值至所述比较器；
所述比较器，用于将所述积分值与所述参考值进行比较，并当所述积分值达到所述参考值时触发所述RS触发器复位；
所述RS触发器，用于当复位时关断所述供电电路中的所述驱动开关管并导通所述供电电路中的所述续流开关管，以使所述供电电路中的所述滤波电感放电。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述积分器包括：
运算放大器、积分电容以及开关；
所述积分电容并联于所述运算放大器的反相输入端与输出端；所述开关与所述积分电容并联，并连接所述RS触发器；当所述RS触发器复位时，所述开关闭合，使所述积分电容放电。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开关为MOS管、IGBT、继电器中的任意一种。
4.根据权利要求1至3任一项所述的控制电路，其特征在于，还包括：
滞环比较器，用于对所述供电电路的输出电压与参考电压进行比较，并将比较结果作为所述参考值输出至所述控制支路。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述RC串联电路为一次RC串联电路。
6.一种供电电路，其特征在于，所述供电电路包括电源、驱动开关管、续流开关管、滤波电感、输出电容以及如权利要求1至5任一项所述的控制电路。
7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，所述驱动开关管与续流开关管均为MOS管。
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