CN206461511U - 开关电源的多频率控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的多频率控制方法实现装置，根据开关变换器的输出状态，控制器采用多组频率不同的脉冲进行组合，以实现对开关变换器的控制。该实用新型可用于控制各种拓扑结构的开关变换器，其优点是：控制环路简单可靠，无需补偿网络，瞬态响应速度快，电磁干扰（EMI）噪声小。

Description

开关电源的多频率控制装置

技术领域

本实用新型涉及开关电源的多频率控制方法及其实现装置。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，开关电源在各种电气设备中均有着广泛的应用。开关电源的控制方法对其工作性能如稳压精度、动态性能以及电磁干扰特性(EMI)等有着非常重要的影响，因而控制方法的研究显得日益重要。传统的电压型控制技术是最为常见的一种开关电源控制方法，当负载出现波动时，由于补偿网络的存在，误差信号变化相对缓慢，因而脉冲宽度的变化也较为缓慢，这使得开关电源的动态响应速度较慢。另一方面，补偿网络设计不当会造成系统不稳定，并且其设计过程十分繁琐。此外，高频化是开关电源的重要发展趋势，这使得开关电源更加小型化，但同时也带来了较为严重的电磁干扰问题。采用变频控制技术，通过改变脉冲频率来实现对开关电源的控制能够有效改善EMI问题。但这种调制方法在输入电压或负载发生改变时，开关频率变化范围很宽，从而很难设计输出滤波器。

发明内容

为了克服上述开关电源控制方法的不足，本实用新型提供一种开关电源的多频率控制方法实现装置，该装置能够在改善开关电源动态响应速度、EMI问题的同时，减小开关频率变化范围，降低滤波器设计难度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种开关电源多频率控制装置，由电源输出电压检测装置、比较器、脉冲生成器、脉冲选择器及驱动电路顺序连接，可产生多组频率脉冲信号的脉冲生成器连接在脉冲选择器上。电压检测装置检测输出电压，然后通过比较器输出控制脉冲选择器，选择合适的频率脉冲信号，经驱动电路控制主电路工作。脉冲选择器输出的信号，同时输出至电压检测装置以触发电压采样。

脉冲生成器产生的多组频率控制脉冲，开关周期Ts为一个固定关断时间Toff与若干个固定导通时间Ton之和，用N表示正整数，Ts可以表示为(Toff+NTon)。通过设定固定关断时间Toff、固定导通时间Ton以及Ton的个数，可以设定开关电源输出功率调节范围以及开关频率的变化范围。多频率控制其具体工作过程为：在开关周期Ts结束时刻检测并比较输出电压与参考电压，如果输出电压比参考电压高，则产生高频率脉冲(Ton+Toff)，使得输出电压降低；如果输出电压比参考电压低，则继续导通固定时间Ton直至输出电压比参考电压高，然后产生高频率脉冲(Ton+Toff)，进入下一次循环。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、与现有的单一恒定频率控制技术相比，本实用新型采用多组固定频率脉冲信号作为开关装置的驱动，开关信号频谱在多个工作频率上拓展，系统产生更小的电磁干扰噪声，有利于EMI滤波器的设计；

二、与现有的脉冲频率控制技术相比，本实用新型的开关电源在输入电压及负载发生改变时，开关装置的驱动始终是多组固定频率脉冲的组合，也即是开关信号的频谱不会随着输入电压或负载的变化而在频率轴上移动，从而降低了输出滤波器的设计难度；

三、相对于已有的传统电压型脉冲宽度调制技术，采用本实用新型的开关电源在负载突变时，控制器能够快速调整固定导通时间的数量，使开关电源迅速恢复稳态；

四、控制器直接用输出电压与基准电压相比较，无需补偿网络，简化了控制环路设计，增强了系统稳定性，提高了瞬态响应速度。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的控制系统的实现装置结构框图。

图2为本实用新型实施例一的电路结构示意图。

图3为本实用新型实施例一中，输出电压、电感电流以及驱动信号对应关系示意图。

图4为本实用新型实施例二的电路结构示意图。

具体实施方式

图1示出实施例一，本实用新型的具体实施方式为：开关电源的多频率控制方法及其装置，其控制器由电压检测装置、比较器、脉冲生成器、脉冲选择器及驱动电路组成。电压检测装置、比较器、脉冲选择器及驱动电路顺序连接；脉冲生成器与脉冲选择器、电压检测装置连接。输出电压经电压检测装置后与基准电压比较，比较器输出直接用于控制脉冲选择器的工作，脉冲生成器产生多种频率供脉冲选择器选择；脉冲选择器的输出经驱动电路后用于控制变换器的开关装置，由此得到期望的稳定输出电压。脉冲选择器输出信号同时输出至电压检测装置，为其提供采样触发信号。

图2、图3给出了多频率控制技术在工作于电流断续模式下的Buck变换器中的应用。在电流断续模式下，由于不同控制脉冲具有相同的固定关断时间，所以在一个开关周期内，在固定关断时间TOff之后持续输出多个固定导通时间TON将会向输出端传递更多的能量。本例中，具体的工作过程与原理为：在起始时刻，采样/保持电路将采样到的输出电压与基准电压相比较。当采样到的输出电压（Vo）高于基准参考电压（Vref）时，脉冲选择器输出高频率脉冲TH，使输出电压下降；相反，当采样到的输出电压低于基准电压时，脉冲选择器输出固定导通时间Ton，直至输出电压上升至基准电压之上。由图3可知，输出电压(Vo)在TH脉冲作用下下降，在TL脉冲作用下上升。在系统稳定工作后，驱动脉冲稳态周期是不同脉冲信号一种组合，而各自所占的比重由输出功率决定。在负载加重时，控制器在循环周期内输出的脉冲导通时间Ton的个数将会增加。在稳定工作状态下，输出电压将在基准电压附近的一个很小范围内波动。

图4示出实施例二，本例与实施例一相比，功率变换器为反激变换器，控制装置与实施例一相同。

本实用新型除了可用于控制上述实施例中的两种功率变换器外，也可用于Boost变换器、Buck-boost变换器、Cuk变换器、正激变换器、半桥变换器、全桥变换器等功率电路组成的开关电源。

Claims (2)

1.一种开关电源的多频率控制装置，由电压检测装置、比较器、脉冲生成器、脉冲选择器及驱动电路组成，其特征在于：电压检测装置、比较器、脉冲选择器及驱动电路顺序连接；可产生多种脉冲频率信号的脉冲生成器与脉冲选择器、电压检测装置连接；基准电压参考与电压检测装置输出分别连接至比较器的正负输入端。

2.根据权利要求1所述的关电源的多频率控制装置，其特征是：电压检测装置连接至开关电源的输出端，驱动电路连接功率开关管。