CN1909351A - 一种适用于串联谐振直流－直流变换器的反馈电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于串联谐振直流－直流变换器的反馈电路及其装置。该电路包括两个电压调节器和两个电流调节器，构成一种新型的反馈电路以生成变频调制信号以及脉宽调制信号。反馈电路采用变频调制(PFM)和脉宽调制(PWM)两个电压外环、电流内环的双环控制器。变频调制(PFM)双环控制器以及脉宽调制(PWM)双环控制器之间可以自动切换，其环路参数可以分别设定，解谐振变换器工作在脉宽调制(PWM)以及变频调制(PFM)两种状态下因主电路的特性不同需要两组环路参数进行调节、补偿的问题，满足轻载或空载时输出稳压的要求。

Description

一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路
【技术领域】
本发明涉及直流电源变换技术，尤其涉及一种串联谐振直流-直流变换器的反馈电路及其装置。
【背景技术】
传统直流电源变换技术中的串联谐振变换器普遍采用变频调制(PFM)的控制方式。串联谐振变换器一个主要的难点问题在于：在轻载和空载条件下输出电压难以稳定，串联谐振拓扑的输出电压随着开关频率的升高而下降，当负载减小至轻载或空载状态时，输出电压会上升很多。这样，为了稳定电压，工作频率通常需要升得很高，但是工作频率范围过宽会带来磁性元件难以优化的问题，而且工作频率越高，电路损耗也越大。总之，单纯的变频控制会导致工作频率范围过宽，带来磁性元件难以优化和电路损耗过大的问题，
一组补偿环路参数并不能实现对串联谐振变换器PWM调制以及PFM调制两种状态时环路的幅值裕度以及增益裕度的优化设计。所以简单的变频控制无法满足轻载或空载时输出稳压的要求。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种串联谐振直流-直流变换器的反馈电路及其装置。以解决现有技术中，一组补偿环路参数并不能实现因主电路的特性不同而引起补偿环路参数不能实现对串联谐振变换器实现当串联谐振变换器工作在PWM调制以及PFM调制两种状态时，由两组不同的环路参数来实现串联谐振变换器环路的幅值裕度以及增益裕度优化设计的问题。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，该反馈电路对输出电压以及输出电流采样，并对采样信号进行甄别、调节、补偿，生成调制信号，再由控制和驱动电路对串联谐振变换器进行控制，使串联谐振变换器在轻载和空载条件下输出电压稳定，所述反馈电路由两个电压调节器以及两个电流调节器构成。
所述控制电路采用变频调制(PFM)和脉宽调制(PWM)两种调制方法混合的控制方式。
当串联谐振变换器工作在变频调制(PFM)以及脉宽调制(PWM)两种状态时由两组不同的环路参数来实现对串联谐振变换器的实现对串联谐振变换器PWM调制以及PFM调制两种状态时环路的幅值裕度以及增益裕度的优化设计。
所述反馈电路采用PFM以及PWM两个电压外环、电流内环的双环控制器。
所述PFM双环控制器以及PWM双环控制器之间可以自动切换，其环路参数可以分别设定。
本发明具有以下有益效果：
采用变频调制(PFM)和脉宽调制(PWM)两种调制方法混合的控制方式(见图1)，可以解决上述单纯变频控制所存在的问题，使串联谐振变换器在轻载和空载条件下输出电压稳定。
本发明不但解决了串联谐振变换器工作在PWM调制以及PFM调制两种状态下因主电路的特性不同需要两组环路参数来实现对串联谐振变换器实现对串联谐振变换器PWM调制以及PFM调制两种状态时环路的幅值裕度以及增益裕度优化设计的问题，还实现了甄别器的功能。
【附图说明】
图1为串联谐振直流-直流变换器系统框图。
图2为本发明双环控制器的典型实施例框图。
图3为本发明具体实施例1电路连接图。
图4为本发明具体实施例2电路连接图。
图5为本发明具体实施例3电路连接图。
图6为本发明具体实施例4电路连接图。
图7为本发明具体实施例5电路连接图。
图8为本发明具体实施例6电路连接图。
【具体实施方式】
本发明的调制电路采用变频调制(PFM)和脉宽调制(PWM)两种调制方法混合的控制方式(见图1)，可以解决单纯变频控制所存在的问题，使串联谐振变换器在轻载和空载条件下输出电压稳定。当采取此种控制方式时，变频调制信号以及脉宽调制信号的生成是其关键所在。
图1是本发明在串联谐振变换器上的应用框图，虚线部分是本发明的反馈电路。反馈电路存在PFM以及PWM两个双环控制器，PFM双环控制器以及PWM双环控制器之间可以自动切换，其环路参数可以分别设定。本发明不但解决了串联谐振变换器工作在PWM调制以及PFM调制两种状态下因主电路的特性不同需要两组环路参数来实现对串联谐振变换器PWM调制以及PFM调制两种状态时环路的幅值裕度以及增益裕度优化设计的问题，还实现了甄别器的功能。
图2是本发明的典型方案。本发明的基本原理是采用两个电压调节器以及两个电流调节器构成一种新型的反馈电路来生成变频调制信号以及脉宽调制信号。反馈电路存在PFM以及PWM两个电压外环电流内环的双环控制器，PFM双环控制器以及PWM双环控制器之间可以自动切换，其环路参数可以分别设定，解决了串联谐振变换器工作在PWM调制以及PFM调制两种状态下因主电路的特性不同需要两组环路参数的问题。电压调节器以及电流调节器的实现可以采用硬件电路或软件来实现。
本发明的工作原理是对输出电压以及输出电流采样，采样结果定义为电压采样信号以及电流采样信号。电压采样信号通过电压调节器1做比例积分运算得到电压调节器1输出信号，此信号作为电流调节器1的基准信号。电压调节器1输出信号通过电压调节器2做比例运算得到电压调节器2输出信号，此信号作为电流调节器2的基准信号。电流采样信号通过电流调节器1做比例积分运算得到变频调制信号，电流采样信号通过电流调节器2做比例积分运算得到脉宽调制信号。此电路的关键在于电压调节器2的特性为其直流增益必须大于1。假定电压调节器2的直流增益为K，即要求K＞1，假定V-ref2＝0V，图3中电压调节器的增益为K＝(R6+R5)/R5＞1，I-ref2＝K*I-ref1。当电压调节器1输出信号和电流采样信号相等时，即I-ref1＝I-sam时，I-ref2＝K*I-ref1＞I-sam，此时电流调节器2输出脉宽调制信号为最大值，脉宽调制信号V-pwm固定不变，I-ref1和I-sam进行比例积分运算得到变频调制信号V-pfm，此时V-pfm信号因I-sam的变化而变化，而V-pwm信号固定不变，电路工作在脉宽调制信号固定的变频调制信号变化的状态；当电压调节器2输出信号和电流采样信号相等时，即I-ref2＝I-sam时，I-ref1＝I-ref2/K＜I-sam，此时电流调节器1输出脉变频调制信号为最小值，变频调制信号V-pfm固定不变，I-ref2和I-sam进行比例积分运算得到脉宽调制信号V-pwm，此时V-pwm信号因I-sam的变化而变化，而V-pfm信号固定不变，电路工作在频率调制信号固定的脉宽调制信号变化的状态；根据电流采样信号I-sam的不同电路会自适应选择I-ref1＝I-sam或I-ref2＝I-sam，即PFM双环控制器以及PWM双环控制器之间可以自动切换电路的两种工作状态，其环路参数可以分别设定。
实施例的反馈电路中，只要电压调节器2的直流增益K＞1，其阻容连接方式可以不一样。如图4、图5、图6、图7、图8分别是本发明的具体实施例2-6，其结构是：由不同的R、C连接而成的阻抗网络。简单地，以图5来说明，此电路和图4的电路相比只有电压调节器2采取的是比例积分运算而不是图3所采取的比例运算，其它各调节器的功能和图3相同。
本发明不但解决了串联谐振变换器工作在PWM调制以及PFM调制两种状态下因主电路的特性不同需要两组环路参数来实现对一组补偿环路参数并不能实现对串联谐振变换器PWM调制以及PFM调制两种状态时环路的幅值裕度以及增益裕度优化设计的问题，还完成了甄别器的功能。

Claims (9)

1.一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈环路，包括反馈电路，对主电路输出电压以及输出电流采样，并对采样信号进行甄别、调节、补偿，生成调制信号；再由控制和驱动电路根据所述调制信号对串联谐振变换器进行控制，其特征在于：所述反馈电路包括电压调节器1(RegV1)，电压调节器2(RegV2)，电流调节器1(RegI1)，电流调节器2(RegI2)；该电路输入端由电压采样信号(V-sam)和电压基准信号1(V-ref1)连接于电压调节器1(RegV1)得到输出信号，此信号作为电流调节器1(RegV1)的基准信号(I-ref1)；电压调节器1(RegV1)输出信号和电压基准信号2(V-ref2)输入电压调节器2(RegV2)得到输出信号作为电流调节器2(RegI2)的基准信号(I-ref2)；电流采样信号(I-sam)通过电流调节器1(RegI1)得到变频调制信号(V-pfm)，电流采样信号(I-sam)通过电流调节器2(RegI2)得到脉宽调制信号(V-pwm)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：所述控制电路由变频调制(PFM)和脉宽调制(PWM)两种调制混合的控制方式，由反馈电路通过电流和电压两个采样输入，并由反馈电路对采样信号进行自动切换输出来实现混合控制。
3、根据权利要求1所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：所述反馈电路包括电压调节器1(RegV1)，用于对采样信号(V-sam)行比例积分运算；电压调节器2(RegV2)用于对输入信号进行比例运算；电流调节器1(RegI1)用于对输入信号进行比例积分运算；电流调节器2(RegI2)用于对输入信号进行比例积分运算。
4、根据权利要求3所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：所述反馈电路内电压调节器1(RegV1)、电流调节器1(RegI1)、电流调节器2(RegI2)其结构皆为由输入电阻连接于集成运放反相端以及由电阻串联电容并联接在集成运放的反相端和集成运放的输出端，由此组成连接元件参数不同而功能相同的比例微分环节；电压调节器2(RegV2)内集成运放的反相端和该端与集成运放输出端连接的元件均为电阻，由此构成比例运算环节。
5、根据权利要求3或4所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：所述电压调节器1(RegV1)，电压调节器2(RegV2)，电流调节器1(RegI1)，电流调节器2(RegI2)其结构均由包括集成运放及反馈支路、反相端的输入支路构成。
6、根据权利要求3至5中任一权利要求所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：所述电压调节器2(RegV2)由集成运放及其阻抗网络构成直流增益为K＞1的运算环节。
7、根据权利要求1所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：当电压调节器1(RegV1)输出信号和电流采样信号相等时，即I-ref1＝I-sam时，I-ref2＝K*I-ref1＞I-sam，此时电流调节器2输出脉宽调制信号为最大值，脉宽调制信号V-pwm固定不变，环路工作在脉宽调制信号固定的变频调制信号变化的状态。
8、根据权利要求1所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：当电压调节器2(RegV2)输出信号和电流采样信号相等时，即I-ref2＝I-sam时，I-ref1＝I-ref2/K＜I-sam，此时电流调节器1输出脉变频调制信号为最小值，变频调制信号V-pfm固定不变，环路工作在频率调制信号固定而脉宽调制信号变化的状态。
9、根据权利要求7或8所述的一种适用于串联谐振直流-直流变换器的反馈电路，其特征在于：由电压调节器1(RegV1)和电压调节器2(RegV2)的输出信号分别与电流采样信号(I-sam)相等时来实现根据电流采样信号I-sam的不同环路会自适应选择I-ref1＝I-sam或I-ref2＝I-sam，即环路的变频调制PFM和脉宽调制PWM可以自动切换。
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