CN113037056A - 调节隔离开关电源的pwm驱动信号的方法及电路 - Google Patents

调节隔离开关电源的pwm驱动信号的方法及电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法包括如下步骤：在所述隔离开关电源的输出端取得输出电压的采样值；将所述采样值分别与不同的参考值比较，得到两个独立的电平信号；将两个独立的电平信号分别传输到所述隔离开关电源的控制单元，所述控制单元依据所述两个独立的电平信号的电平值，调节其输出的PWM驱动信号的占空比。本发明还涉及一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路。实施本发明的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路，具有以下有益效果：其电路较为简单、成本较低、控制较为容易。

Description

调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路
技术领域
本发明涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路。
背景技术
在隔离开关电源中，通常会根据该隔离开关电源的输出电压值，通过调节开关器件的PWM驱动信号的占空比来实现对开关器件的导通和截止时间的控制，从而使得其输出电压维持在设定的范围内。由于在隔离开关电源中，变压器初级和次级的地是相互隔离的，而输出电压肯定只能在变压器的次级进行采样，所以，现有技术中常用次级环路控制方式一般都是输出环路控制信号通过光藕进行隔离反馈给原边模拟信号，原边控制模拟IC(控制单元的一部分)根据模拟信号进行PWM调节；也可以输出采样后用普通环路控制输出模拟信号，单片机(或其它电路)把模拟信号转换成固定频率数字信号(PWM信号)，根据模拟信号大小调节PWM信号的占空比，再通过隔离传送到原边数字信号，原边RC滤波后又转换成模拟信号输送到控制IC，整个过程有次级AD转换，初级DA转换，最终给初级环路模拟信号(如果是数字电源，初级进行DA转后，DSP还需要进行AD转换才能进行PWM调节)。在后一种情况下，为了直接采样输出电压进行快速环路控制，绝大多数把DSP控制芯片放在变压器次级(输出端)，需增加一个独立隔离辅电源。在小体积、高功率密度模块电源中，会占用了较多的PCB布板空间，不利产品更高功率密度发展；同时该辅助电源在使能关机时也不能关断，静态功耗高。若DSP控制芯片放在初级控制，采用前一种传统模拟方案进行反馈，由于反馈信号与输出电压非线性关系，导致DSP控制存在困难。总之，现有技术中存在电路较为复杂，成本较高、控制较难的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路较为复杂，成本较高、控制较难的缺陷，提供一种电路较为简单、成本较低的、控制较为容易的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，包括如下步骤：
在所述隔离开关电源的输出端取得输出电压的采样值；
将所述采样值分别与不同的参考值比较，得到两个独立的电平信号；
将两个独立的电平信号分别传输到所述隔离开关电源的控制单元，所述控制单元依据所述两个独立的电平信号的电平值，调节其输出的PWM驱动信号的占空比，使得所述驱动信号控制的开关器件的导通时间变化，从而将所述输出电压维持在指定的范围内。
更进一步地，所述两个独立的电平信号的传输包括由所述隔离开关电源的变压器的次级端传输到所述变压器的初级端。
更进一步地，所述两个独立的电平信号分别通过各自的光耦器件或电磁耦合器件将所述两个独立的电平信号由所述输出电压所在的变压器的次级端分别传输到所述控制单元所在的所述变压器的初级端；所述控制单元包括微控制器，所述两个独立的电平信号传输到所述变压器的初级端后分别连接在所述微控制器的两个IO端口上。
更进一步地，所述不同的参考值包括第一参考电压值和第二参考电压值，所述第一参考电压值与所述采样值比较，得到表示输出电压过高的第一电平信号；所述第二参考电压值与所述采样值比较，得到表示输出电压过低的第二电平信号。
更进一步地，所述第一参考电压值大于所述第二参考电压值；所述第一电平信号为高电平时，所述控制单元使得所述PWM驱动信号的占空比下降；所述第二电平信号为高电平时，所述控制单元使得所述PWM驱动信号的占空比上升；所述第一电平信号和第二电平信号均为低电平时，所述控制单元维持当前输出的PWM驱动信号的占空比。
更进一步地，所述采样值大于所述第一参考电压值时，所述第一电平信号为高电平；所述采样值小于所述第一参考电压值时，所述第一电平信号为低电平；所述采样值小于所述第二参考电压时，所述第二电平信号为高电平；所述采样值大于所述第二参考电压时，所述第二电平信号为低电平。
本发明还涉及一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路，包括输出采样单元、电平信号形成单元和控制单元；所述输出采样单元对所述隔离开关电源的输出电压采样，得到输出电压采样值并传输到所述电平信号形成单元；所述电平信号形成单元将所述输出采样值转换为两个独立的电平信号，并分别输送到所述控制单元；所述控制单元依据得到的两个独立的电平信号的电平值，调节或不调节其输出的当前PWM驱动信号的占空比，使得所述隔离开关电源的输出电压值维持在设定的范围内。
更进一步地，所述电平信号形成单元包括第一比较器和第二比较器；所述第一比较器的正输入端输入第一参考电压，所述第一比较器的负输入端与经过信号处理的输出电压采样值连接，所述第一比较器的输出端输出第一电平信号；所述第二比较器的负输入端与经过信号处理的输出电压采样值连接，所述第二比较器的正输入端输入第二参考电压，所述第二比较器的输出端输出第二电平信号；所述第一参考电压和第二参考电压均为事先设定，且第一参考电压值高于地二参考电压值。
更进一步地，还包括隔离传输单元，所述隔离传输单元设置在所述电平信号产生单元和所述控制着单元之间；所述隔离传输单元包括两个分别隔离的传输通道，两个所述传输通道分别将所述第一电平信号和第二电平信号由所述隔离开关电源的变压器的次级端传输到所述隔离开关电源的变压器的初级端；所述输出采样单元和所述电平信号形成单元设置在所述变压器的次级端，所述控制单元设置在所述变压器的初级端。
更进一步地，所述传输通道由其输入端和输出端不共地的光电耦合器或电磁耦合单元构成。
实施本发明的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路，具有以下有益效果：由于将输出电压的采样值转换为两个单独的电平信号，且这两个单独的电平信号在转换时就已经被赋予表示特定的意义(与不同的参考电压值比较而得到其电平值)，使得控制单元能够根据上述两个电平信号的电平状态或电平状态的组合，就能够得知需要增加或减少驱动信号的占空比。这就使得原先使用模拟电压值表示的状态转换为使用多个电平信号或多位数字信号的组合来表示，从而该电平信号由变压器的次级端传输到变压器的初级端时，不需要经过模数转换而直接进行隔离传输。因此，其电路较为简单、成本较低、控制较为容易。
附图说明
图1是本发明调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路实施例中电路的结构示意图；
图2是所述实施例中的电路图；
图3是所述实施例中调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法流程图；
图4是所述实施例中依据第一电平信号和第二电平信号对PWM驱动波形进行控制的判断流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。
如图1所示，在本发明的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法及电路实施例中，其电路包括输出采样单元1、电平信号形成单元2和控制单元3；所述输出采样单元1对所述隔离开关电源的输出电压采样，得到输出电压采样值并传输到所述电平信号形成单元2；所述电平信号形成单元2将所述输出采样值转换为两个独立的电平信号，并分别输送到所述控制单元3；所述控制单元3依据得到的两个独立的电平信号的电平值，调节或不调节其输出的当前PWM驱动信号的占空比，使得所述隔离开关电源的输出电压值维持在设定的范围内。也就是说，在本实施例中，首先在上述隔离开关电源的输出端进行输出电压采样，得到模拟的输出电压采样值；将该模拟的输出电压采样值传输到上述电平信号形成单元2，按照该输出电压采样值的大小，将其转换为两个独立的电平信号，每个独立的电平信号的电平值有两个，即高电平和低电平；这两个电平信号输出的电平值是高电平还是低电平，和当前输入的输出电压采样值的大小是相关的。这样，上述两个电平信号(第一电平信号和第二电平信号)就分别成为一位数字信号，分别具有两个取值，且该电平信号在当前的取值(高电平或低电平相当于于数字信号中的1或0)是由当前输出电压采样值来决定的。而两个电平信号就构成两位数字信号，其不同的取值可以表示四种状态，能够表现出上述当前的输出采样电压值对应的增加、减少及维持PWM驱动信号的状态。于是当上述输出电压采样值发生变化时，上述第一电平信号和第二电平信号的电平值也可能发生变化，以反映上述输出电压采样值的变化情况，这样，控制单元3就能够根据其当前接收到的上述第一电平信号和第二电平信号的电平值，判断上述输出电压采样值的变化或状态，从而能够采取相应的调节措施实现对PWM驱动信号的调节，形成调节环路，使得输出电压被维持在设定的范围内。
在本实施例中，是通过将输入的输出电压采样值分别与不同的参考电压比较而得到上述电平信号的电平值的。具体来讲，如图2所示，所述电平信号形成单元3包括第一比较器和第二比较器；所述第一比较器的正输入端输入第一参考电压，所述第一比较器的负输入端与经过信号处理的输出电压采样值连接，所述第一比较器的输出端输出第一电平信号(图2中标记为DS1)；所述第二比较器的负输入端与经过信号处理的输出电压采样值连接，所述第二比较器的正输入端输入第二参考电压，所述第二比较器的输出端输出第二电平信号(图2中标记为DS2)；所述第一参考电压和第二参考电压均为事先设定，且第一参考电压值高于地二参考电压值。同时，在本实施例中，上述输出电压采样值在取得后还经过信号处理模块进行处理，信号处理模块对其进行一些常见的信号变换和处理，例如，隔离、缓冲以及可能需要的电平变换等等。这些信号处理的目的是使得该输出电压采样值能够适应之后传输到电平信号产生单元，并能够是的上述电平信号产生单元正常工作。
此外，由于在隔离开关电源中其变压器的初级和次级之间的地是不同或者说是隔开的，为了将处于变压器次级端的电平信号产生单元产生的电平信号传输到处于变压器初级端的控制单元上，该调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路还包括隔离传输单元，所述隔离传输单元设置在所述电平信号产生单元1和所述控制着单元3之间；所述隔离传输单元包括两个分别隔离的传输通道(请参见图2)，两个所述传输通道分别将所述第一电平信号和第二电平信号由所述隔离开关电源的变压器的次级端传输到所述隔离开关电源的变压器的初级端；所述输出采样单元和所述电平信号形成单元设置在所述变压器的次级端，所述控制单元设置在所述变压器的初级端。在本实施例，所述传输通道由其输入端和输出端不共地的光电耦合器或电磁耦合单元构成。
值得一提的是，在图2中，控制单元3包括DSP芯片计算处理模块和PWM调节模块，通过隔离传输通道后的两个电平信号(或数字信号)，分别输送到上述DSP芯片处理模块的两个不同的输入端，DSP芯片处理模块依据这两个输入端输入的不同电平值，判断并输出不同的控制信号到上述PWM调节模块，使得PWM调节模块输出的PWM驱动波形的占空比改变或维持。
如图3所示，在本实施例中，还包括一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，该方法用于上述电路结构，在上述电路结构的基础上实现对隔离开关电源的PWM驱动波形的控制。在图3中，上述方法包括如下步骤：
步骤S11取得输出电压的采样值：在本步骤中，在所述隔离开关电源的输出端取得输出电压的采样值；本步骤中采样可以采用现有技术中的输出电压值采样的常用办法，例如，通过并接在输出电压端上的分压电阻网络进行采样等等。
步骤S12处理得到的输出电压采样值：在本步骤中，对上述步骤中得到的输出电压采样值进行信号处理，使其适合后面的转换或控制步骤；例如，可以对得到的输出电压采样值进行缓冲，也可以在需要时对其进行简单的或线性的电平转换等等。
步骤S13将经过处理后的输出电压采样采样值转换为两个独立的电平信号：在本步骤中，将所述采样值分别与不同的参考值比较，得到两个独立的电平信号；在本实施例中的不同的参考值包括第一参考电压值和第二参考电压值，所述第一参考电压值与所述采样值比较，得到表示输出电压过高的第一电平信号；所述第二参考电压值与所述采样值比较，得到表示输出电压过低的第二电平信号。所述第一参考电压值大于所述第二参考电压值；当所述第一电平信号为高电平时，所述控制单元使得所述PWM驱动信号的占空比下降；当所述第二电平信号为高电平时，所述控制单元使得所述PWM驱动信号的占空比上升；所述第一电平信号和第二电平信号均为低电平时，所述控制单元维持当前输出的PWM驱动信号的占空比。在本实施例中，是采用将上述经过信号处理后的输出电压采样值分别输送到比较器的一个输入端，而比较器的另一个输入端分别与上述第一参考电压值或第二参考电压值连接，这样，该比较器的输出就是电平信号。具体的连接方式，请参见图2。
步骤S14将两个电平信号分别传输到控制单元：在本步骤中，将两个独立的电平信号分别传输到所述隔离开关电源的控制单元，由于在本实施例中上述隔离开关电源的变压器初级端和次级端的地并不相同，且上述电平信号产生于变压器次级端，而控制单元设置在变压器的初级端，所以上述传输需要隔离传输。具体来讲，所述两个独立的电平信号的传输包括由所述隔离开关电源的变压器的次级端传输到所述变压器的初级端。所述两个独立的电平信号分别通过各自的光耦器件或电磁耦合器件将所述两个独立的电平信号由所述输出电压所在的变压器的次级端分别传输到所述控制单元所在的所述变压器的初级端；而所述控制单元包括微控制器或微处理器，所述两个独立的电平信号传输到所述变压器的初级端后分别连接在所述微控制器的两个IO端口上。
步骤S15控制单元依据两个电平信号的电平调节PWM驱动信号：在本步骤中，所述控制单元依据所述两个独立的电平信号的电平值，调节其输出的PWM驱动信号的占空比，使得所述驱动信号控制的开关器件的导通时间变化，从而将所述输出电压维持在指定的范围内。
图4示出了上述方法中，控制单元依据上述第一电平信号和第二电平信号的电平值对当前PWM驱动波形的判断过程。具体而言，该判断过程包括如下步骤：
步骤S21 DS1为高电平，DS2为低电平否：在本步骤中，判断第一电平信号和第二电平信号的电平值是否分别为高电平和低电平，如是，执行步骤S22；否则，执行步骤S23。
步骤S22减少PWM驱动波形的占空比：在本步骤中，判断输出电压的电压值较高，需要降低输出电压，使其保持在设定的范围内，因此，输出控制信号控制或者直接控制使得PWM驱动波形的占空比降低，降低输出电压值。值得一提的是，在本步骤和后续的增加PWM驱动波形的占空比的步骤中，每次调节可以使得PWM驱动波形的占空比变化一个事先设定的步长或宽度。这样即使一次调节不能使得输出电压维持在设定范围内，也可以通过多次调节使得其最终保持在设定范围内。
步骤S23 DS1为低电平，DS2为高电平否：在本步骤中，判断第一电平信号和第二电平信号的电平值是否分别为低电平和高电平，如是，执行步骤S24；否则，执行步骤S25。
步骤S24增加PWM驱动波形的占空比：在本步骤中，判断输出电压的电压值较低，需要升高输出电压，使其保持在设定的范围内，因此，输出控制信号控制或者直接控制使得PWM驱动波形的占空比增加，提高输出电压值。
步骤S25 DS1和DS2均为低电平否：在本步骤中，判断第一电平信号和第二电平信号的电平值是否均为低电平，如是，执行步骤S26；否则，执行步骤S25。
步骤S26维持PWM驱动波形的占空比不变：在本步骤中，判断当前输出电压处于设定的或允许的范围内，所以不需要调节PWM驱动波形的占空比。
步骤S27输出故障信号或停止该电源工作：在本步骤中，出现设定中不允许出现的电平值或状态，表明整个电路或隔离电源出现故障，为此，可以输出故障信号或停止该电源工作，也可以不进行任何操作，转入下一轮的PWM驱动信号调节。
值得一提的是，在执行上述步骤S22、S24、S26和S27后，均可以进入下一次PWM驱动信号调节判断，即返回步骤S11，对输出信号采样并重复上述过程。这样在整个隔离电源的工作期间，上述调节构成不断地重复，将输出电压控制在设定范围内。
总体上来说，在上述调节构成中，所述采样值大于所述第一参考电压值时，所述第一电平信号为高电平；所述采样值小于所述第一参考电压值时，所述第一电平信号为低电平；所述采样值小于所述第二参考电压时，所述第二电平信号为高电平；所述采样值大于所述第二参考电压时，所述第二电平信号为低电平。换句话说，上述第一参考电压值和第二参考电压值的事先设定，使得二者之间具有一个电压差，这个电压差被映射到第一电平信号和第二电平信号的电平值上，使得第一电平信号和第二电平信号的电平值在输出电压处于设定范围内时，表现为一个特定的取值(在本实施例中是均为低电平)；而在输出电压值大于设定范围时，表现为一个特定的取值(在本实施例中是DS1为高电平，DS2为低电平)，在输出电压值小于设定范围时，表现为另一个特定的取值(在本实施例中是DS1为低电平，DS2为高电平)。这样控制单元根据得到的当前第一电平信号和第二电平信号的电平值，就能够知道当前输出电压的状态，进而对PWM驱动波形进行相应的调节。本质上来讲，就是将现有技术中的按照输出电压值的调节改变为对电压值进行监测，判断其是否在设定范围内，如在，则不用调节PWM驱动信号，否则，按照输出电压值与设定范围的大小关系进行相应的调节；同时，上述监测和调节还避开了现有技术中调节时间长、调节困难或需要辅助电源的缺陷，其调节电路和方法均较为简单。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在所述隔离开关电源的输出端取得输出电压的采样值；
将所述采样值分别与不同的参考值比较，得到两个独立的电平信号；
将两个独立的电平信号分别传输到所述隔离开关电源的控制单元，所述控制单元依据所述两个独立的电平信号的电平值，调节其输出的PWM驱动信号的占空比，使得所述驱动信号控制的开关器件的导通时间变化，从而将所述输出电压维持在指定的范围内。
2.根据权利要求1所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，其特征在于，所述两个独立的电平信号的传输包括由所述隔离开关电源的变压器的次级端传输到所述变压器的初级端。
3.根据权利要求2所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，其特征在于，所述两个独立的电平信号分别通过各自的光耦器件或电磁耦合器件将所述两个独立的电平信号由所述输出电压所在的变压器的次级端分别传输到所述控制单元所在的所述变压器的初级端；所述控制单元包括微控制器，所述两个独立的电平信号传输到所述变压器的初级端后分别连接在所述微控制器的两个IO端口上。
4.根据权利要求1所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，其特征在于，所述不同的参考值包括第一参考电压值和第二参考电压值，所述第一参考电压值与所述采样值比较，得到表示输出电压过高的第一电平信号；所述第二参考电压值与所述采样值比较，得到表示输出电压过低的第二电平信号。
5.根据权利要求4所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，其特征在于，所述第一参考电压值大于所述第二参考电压值；所述第一电平信号为高电平时，所述控制单元使得所述PWM驱动信号的占空比下降；所述第二电平信号为高电平时，所述控制单元使得所述PWM驱动信号的占空比上升；所述第一电平信号和第二电平信号均为低电平时，所述控制单元维持当前输出的PWM驱动信号的占空比。
6.根据权利要求5所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的方法，其特征在于，所述采样值大于所述第一参考电压值时，所述第一电平信号为高电平；所述采样值小于所述第一参考电压值时，所述第一电平信号为低电平；所述采样值小于所述第二参考电压时，所述第二电平信号为高电平；所述采样值大于所述第二参考电压时，所述第二电平信号为低电平。
7.一种调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路，其特征在于，包括输出采样单元、电平信号形成单元和控制单元；所述输出采样单元对所述隔离开关电源的输出电压采样，得到输出电压采样值并传输到所述电平信号形成单元；所述电平信号形成单元将所述输出采样值转换为两个独立的电平信号，并分别输送到所述控制单元；所述控制单元依据得到的两个独立的电平信号的电平值，调节或不调节其输出的当前PWM驱动信号的占空比，使得所述隔离开关电源的输出电压值维持在设定的范围内。
8.根据权利要求7所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路，其特征在于，所述电平信号形成单元包括第一比较器和第二比较器；所述第一比较器的正输入端输入第一参考电压，所述第一比较器的负输入端与经过信号处理的输出电压采样值连接，所述第一比较器的输出端输出第一电平信号；所述第二比较器的负输入端与经过信号处理的输出电压采样值连接，所述第二比较器的正输入端输入第二参考电压，所述第二比较器的输出端输出第二电平信号；所述第一参考电压和第二参考电压均为事先设定，且第一参考电压值高于地二参考电压值。
9.根据权利要求8所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路，其特征在于，还包括隔离传输单元，所述隔离传输单元设置在所述电平信号产生单元和所述控制着单元之间；所述隔离传输单元包括两个分别隔离的传输通道，两个所述传输通道分别将所述第一电平信号和第二电平信号由所述隔离开关电源的变压器的次级端传输到所述隔离开关电源的变压器的初级端；所述输出采样单元和所述电平信号形成单元设置在所述变压器的次级端，所述控制单元设置在所述变压器的初级端。
10.根据权利要求9所述的调节隔离开关电源的PWM驱动信号的电路，其特征在于，所述传输通道由其输入端和输出端不共地的光电耦合器或电磁耦合单元构成。
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