CN201417403Y - 开关电源的恒功率控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的恒功率控制装置，由开关管D与电容C及负载构成的负载单元以及连接在直流电源和负载单元间的控制单元组成。控制单元通过耦合电路与负载单元连接：采集电感L上电流值的电流检测器16通过比较器14和RS触发器12与开关管D驱动电路11相连接。具有抗输入电压扰动及负载扰动的能力优良、开关变换器功率控制精度高、控制电路结构简单的特点。

Description

开关电源的恒功率控制装置
所属技术领域
本实用新型涉及开关电源的控制，尤其是恒功率控制装置的制造领域。
背景技术
传统恒功率控制技术作为一种开关电源控制方法，根据实现方式的不同可以分为模拟和数字两种方式。目前大量应用于HID电子镇流器、电池充电器等设备中。其基本控制思想是：控制电路检测负载电压值和电流值，通过运算电路计算负载消耗的功率，并将其与基准值进行比较，比较结果用于产生控制信号，最终通过调节开关管驱动信号的占空比实现对输出功率的控制。其基本特征为：检测负载电压值及电流值，通过反馈补偿网络调节开关管驱动脉冲的占空比，并最终控制输出功率。
数字控制技术在HID电子镇流器中得到了应用，终端微处理器可以提供乘法计算功能，因此它具有很好的控制精度。同时微处理器还可以提供各种保护功能，如短路、断路、热启动等。但是微处理器及各种A/D转换芯片高昂的价格限制了它在小功率电子镇流器中的应用。目前，开关电源的数字控制更多的只是作为启动，监控和保护等辅助性功能，在真正的闭环控制中，数字控制应用较少。主要原因为：一，目前廉价的微控制器还缺乏足够高的处理能力和速度，导致系统的带宽很窄，从而影响整个系统闭环的稳定性，因此很难对典型的开关电源进行完整的数字闭环控制；第二，虽然目前DSP技术已经成熟到能够用于UPS系统、电机控制系统、功率因数校正离线电源、隔离型DC-DC变换器、微处理器电源等应用中，但闭环控制需要性能更高的控制器，成本较高。数字控制实现恒功率控制采用电压电流的乘积，能真实反应功率增量，并且不受灯管输入阻抗变化的影响。然而数字环路往往是基于DSP实现的，受DSP处理速度的影响，其瞬态性能逊于模拟控制电路(尤其在启动至稳定阶段)。
当采用模拟控制时，如何实现灯功率的精确控制仍然是一个比较困难的问题。采用模拟控制实现恒功率控制的经典方法是抛物线近似恒功率控制法，控制精度浮动±5％左右。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种开关电源的恒功率控制装置，使之能克服现有技术的以上缺点。
本实用新型采取的技术方案是：
开关电源的恒功率控制装置，由直流电源、由开关管D与电容C及负载构成的负载单元以及连接在直流电源和负载单元间的控制单元组成。控制单元通过耦合电路与负载单元连接：采集电感电流值的电流检测器通过比较器和RS触发器与开关管D驱动电路相连接。
采用本实用新型的结构，采用该控制装置，开关变换器功率控制精度高，控制电路结构简单，且具有优良的抗输入电压扰动及负载扰动的能力。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的电路结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的电感电流及脉冲信号仿真波形图。
图3为本实用新型实施例1的输出功率仿真波形图。
图4为本实用新型实施例2的电路结构示意图。
图5为本实用新型实施例2的变压器电感电流及驱动脉冲仿真波形图。
图6为本实用新型实施例2的输出功率仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1
图1可看出本实用新型的一种具体实施方式：该新型恒功率控制装置应用于工作在电感电流断续模式下的Buck-Boost变换器。由直流电源、由开关管D与电容C及负载构成的负载单元以及连接在直流电源和负载单元间的控制单元组成。控制单元通过耦合电路与负载单元连接：采集电感电流值的电流检测器(16)通过比较器(14)和RS触发器(12)与开关管D驱动电路(11)相连接。电流检测采用阻抗检测法，耦合电路由电感L和电阻R构成。电流检测器(16)采集电阻R上的电压。
在一个周期开始时刻，触发脉冲(13)使得RS触发器(12)置位，RS触发器(12)输出高电平，通过驱动电路(11)控制开关管D导通。同时电流检测器(16)实时采集电感L上的电流值，将其送入电流比较器(14)，与基准电流值(15)Iref做比较，比较结果送入RS触发器(12)。如果电流采样值大于基准值Iref，则电流比较器(14)输出高电平，使RS触发器(12)清零，RS触发器(12)输出低电平，通过驱动电路(11)控制开关管D关断。反之如果电流采样值小于基准值Iref，则电流比较器输出低电平，RS触发器不动作。下一个周期来临之后重复上述过程。
控制方案中包括比较环节、开关管脉冲驱动环节。开关管驱动脉冲的周期固定，因此开关变换器工作于定频模式。如图3所示，开关管驱动脉冲在每个周期开始的时刻驱动开关管导通，此后电流Iin开始上升，电源输入能量。在这一阶段，电感的作用是存储能量。当电流Iin上升到基准值Iref时，比较环节输出控制信号将开关管关断。此后电源断开，不再向变换器输入能量。同时电感向负载释放能量，电感电流下降。在一个开关周期结束之前，电感电流下降到零，即电感的能量释放完毕。下一个开关周期来临之后，变换器重复上述工作过程。改变开关变换器工作频率或改变电流比较环节基准值均可以调节变换器输出功率。图4示出，在这种新型恒功率控制装置控制之下，变换器输出功率稳定。
实施例2
图5示出，本实用新型的另一种具体实施方式.本例与实施例1相比，不同之处是：耦合电路由变压器(17)和电阻R构成。电流检测信号取自功率电路中的变压器原边电感电流(即开关管电流)。控制方式和工作过程与实施例1类似：在一个周期开始时刻，触发脉冲(13)使得RS触发器(12)置位，RS触发器(12)输出高电平，通过驱动电路(11)控制开关管D导通。同时电流检测器(16)实时采集变压器原边电感上的电流值，将其送入电流比较器(14)，与基准电流值(15)Iref做比较，比较结果送入RS触发器(12)。如果电流采样值大于基准值Iref，则电流比较器(14)输出高电平，使RS触发器(12)清零，RS触发器(12)输出低电平，通过驱动电路(11)控制开关管D关断。反之如果电流采样值小于基准值Iref，则电流比较器输出低电平，RS触发器不动作。下一个周期来临之后重复上述过程。仿真结果证明，实用新型能够有效实现开关电源的恒功率控制。
实施例2应用于工作在电感电流断续模式下的反激变换器(Flyback)，电流检测也采用阻抗检测法，即采集电阻R上的电压。控制方案中包括比较环节、开关管脉冲驱动环节。变换器工作时工作频率固定，即开关管驱动脉冲周期固定。如图6所示，开关管驱动脉冲在每个周期开始的时刻驱动开关管导通，此后变压器原边电感电流Iin上升，电源通过变压器原边电感输入能量。在这一阶段，变压器原边电感的作用是存储能量。当该电流值上升至基准值Iref时，比较环节输出控制信号将开关管关断。此后电源断开，不再向变换器输入能量。同时变压器副边电感向负载释放能量，副边电感电流下降。在一个开关周期结束之前，副边电感电流值下降到零，即存储在变压器上的能量释放完毕。下一个开关周期来临之后，变换器重复上述工作过程。在这种新型恒功率控制装置控制之下，变换器输出功率稳定。
本实用新型实施时，可根据开关电源的实际输出功率需求，设置不同的变换器工作频率和电流比较环节的基准值。改变变换器工作频率或改变电流比较环节基准值均可以实现对输出功率的快速调节。

Claims (3)

1、一种开关电源的恒功率控制装置，由直流电源、由开关管D与电容C及负载构成的负载单元以及连接在直流电源和负载单元间的控制单元组成，其特征在于，控制单元通过耦合电路与负载单元连接：采集电感电流值的电流检测器(16)通过比较器(14)和RS触发器(12)与开关管D驱动电路(11)相连接。
2、根据权利要求1所述之开关电源的恒功率控制装置，其特征在于，所述耦合电路由电感L和电阻R构成。
3、根据权利要求1所述之开关电源的恒功率控制装置，其特征在于，所述耦合电路由变压器(17)和电阻R构成。
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