專利名稱：用于開關電源變換器的準平均輸出電流控制方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關電源變換器拓撲結構輸出控制。更具體地說，本發(fā)明涉及一種新的控制方案用于控制開關電源變換器的輸出電流。這開關電源變換器可用做可控電流源在各種應用場合中使用。
背景技術：
在已有的開關控制方案中有多種控制方法。他們可以分成電流+電壓型控制和平均輸出電流控制。
為了簡化實現(xiàn)的成本，電流+電壓型控制方案已廣泛的用于開關電源之中。在開關電源中僅部分電感電流的信息被檢測而用于調(diào)整相應的峰值電流的等效電流源。借助電壓環(huán)路的調(diào)節(jié)，開關電源變換器具有非常好的調(diào)節(jié)特性。
平均輸出電流控制是主要用于可控電流源應用，如電池充電器，發(fā)光二極管驅動器。在這類應用場合，由于可變負載沒有迅速響應的電壓環(huán)路來調(diào)節(jié)輸出電流。要用平均輸出電流控制來滿足這要求。
平均輸出電流控制需要收集所有電感和輸出電流的信息。這在在線應用中，這一要求還是比較容易實現(xiàn)的。但在離線應用中由于絕緣隔離要求。要滿足這一要求將是十分艱難。對離線應用而言，是否有一種控制方案對不同開關電源變換器拓撲結構，僅僅檢測部分電感電流信息而使其控制型能非常接近平均輸出電流控制性能。本發(fā)明提供一種準平均輸出電流控制方案，它僅需檢測部分電感電流，并且其控制性能非常接近平均輸出電流控制性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明呈現(xiàn)一種新的準平均輸出電流控制方案。它用于控制開關電源變換器。它使得開關電源變換器的輸出電流跟隨參考電流變化。這使得開關電源變換器的輸出為一電流源用于各種應用中。
準平均輸出電流控制方案是有如下功能塊組成，參考功能塊將通常的參考信號變換成一種合適形式的信號；在參考運算塊中，根據(jù)不同開關電源變換器拓撲結構，按照預定算法進行運算；狀態(tài)檢測功能塊，檢測開關電源變換器的狀態(tài)變量并將其變換成與參考功能塊輸出的信號相同形式的信號；誤差發(fā)生器用于檢測從參考運算塊和狀態(tài)檢測功能塊輸出信號的差值；誤差放大器用于放大校正誤差發(fā)生器檢測出的差值，而形成脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號；脈寬調(diào)制器將調(diào)制信號轉換成一系列脈寬調(diào)制脈沖。
參考功能塊有可能是簡單到為由一個開關組成并復雜到由各種操作功能組成。
參考運算塊根據(jù)被控開關電源變換器拓撲結構，運算功能塊有相應的運算有可能是簡單到為由連接線組成并復雜到由各種操作功能組成。
狀態(tài)檢測功能塊可以是簡單到由一檢測電阻組成并復雜到由各種操作功能組成。
誤差發(fā)生器可以是簡單到一加法器組成并復雜到由各種操作功能組成。
誤差發(fā)生器可以與誤差放大器合并。
脈寬調(diào)制器輸出是用來同步參考功能塊，參考運算塊和狀態(tài)檢測功能塊。在參考功能塊和參考運算塊中的參考信號已與狀態(tài)檢測功能塊處理系統(tǒng)狀態(tài)變量相同的方法和時間間隔處理。
本發(fā)明控制方案使用包含在部分電感電流中所有的信息，如變化速率，谷值，峰值以及瞬時平均電流。最容易檢測部分輸出電流的方法是檢測功率開關電流。本控制方案是由若干功能塊組成。如圖一所示，它們是參考源塊，參考源運算功能塊，狀態(tài)檢測塊，誤差放大塊，和脈沖調(diào)制塊。
為了比較參考電流和平均輸出電流，因為僅僅功率開關導通電流被檢測作為部分輸出電流，并且當功率開關關斷時，檢測電流為零。所以這參考電流必須處理成與從功率開關處檢測出來的電流相同的格式。在參考源塊中參考電流處理成一合適的格式輸出。同時在狀態(tài)檢測塊中檢測的功率開關電流也產(chǎn)生一與參考電流相類似的格式輸出，即當功率開關導通時這參考電流與功率開關電流的瞬時值可被檢測出。當功率開關截止時，這參考電流與功率開關電流均為零。
在參考源運算塊中，根據(jù)不同開關電源變換器拓撲結構，參考源塊的輸出信號按照預定算法進行運算以使這輸出信號是相應開關電源變換器的控制信號。當功率開關截止時，這控制信號與功率開關電流均為零。
這控制信號與功率開關檢測電流信號的誤差在誤差產(chǎn)生器中被檢測出來。
在誤差放大塊中，這誤差信號被采樣，保持，放大或積累起來。這檢測的誤差能相當接近參考電流與平均輸出電流的誤差。這個誤差可以在誤差放大器中放大及補償。這放大和補償?shù)恼`差信號可以經(jīng)脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一系列脈寬調(diào)制脈沖。由于開關電源變換器的整個環(huán)路的調(diào)節(jié)作用這誤差可以被減小，這平均輸出電流可以跟隨參考電流變化。


圖1是用于開關電源變換器基本的平均輸出電流控制方案方框圖。
圖2是本發(fā)明平均輸出電流控制方案具體實例方框圖。
具體實施例方式
圖2為一具體本發(fā)明方案的方框圖。在方框圖中有若干個功能塊，多路開關MUX，運算功能塊，加法器，PID校正器，LIM限幅器，比較器，R-S觸發(fā)器，以及鋸齒波和時鐘FS。
時鐘是用于設置開關電源變換器的開關頻率并同步復位各需要復位的功能塊，如多路開關MUX和運算功能塊。脈寬調(diào)制器的斜坡信號是由時鐘FS和簡單電路產(chǎn)生。它可以是一鋸齒波或三角波。
參考信號，或參考電流，被多路開關MUX斬波然后作為運算功能塊的輸入。同時，開關電源變換器的狀態(tài)變量，或電感電流，通過功率開關被檢測并作為加法器的輸入之一。
根據(jù)被控開關電源變換器拓撲結構，運算功能塊有相應的運算使其輸出信號是相應開關電源變換器的控制信號。這輸出信號是作為加法器的另一輸入。
這點是清楚的，即當脈寬調(diào)制脈沖是高電平“1”時加法器的兩個輸入信號各具有相應的幅值，而當脈寬調(diào)制脈沖是低電平“0”時，這兩個輸入信號是零。
兩個輸入信號在加法器中相減而產(chǎn)生一個差值。這差值是非常接近參考電流與平均輸出電流差值的微分。當脈寬調(diào)制脈沖是低電平“0”時，由于加法器的兩個輸入信號均為零，故加法器輸出也為零。
加法器的輸出作為PID校正器輸入。這輸出經(jīng)PID校正器積分為參考電流與平均輸出電流差值。這差值經(jīng)校正放大為脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號。由于整個環(huán)路的調(diào)節(jié)作用，這差值可以被校正而可忽略不計。
脈寬調(diào)制器是由LIM限幅器，比較器，R-S觸發(fā)器，以及鋸齒波和時鐘FS組成。PID校正器輸出的調(diào)制信號經(jīng)脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一系列脈寬調(diào)制脈沖。
脈寬調(diào)制器的輸出脈寬調(diào)制脈沖控制相應開關電源變換器的功率開關。這使得相應開關電源變換器的輸出電流跟隨參考電流變化。
要應用這一控制方案，最容易的狀態(tài)變量檢測方法是檢測功率開關電流，這功率開關電流可以是主開關也可以是其他開關，如在升壓，降壓，升降壓電路中續(xù)流二極關只要電感電流流過這功率器件，并且這功率器件的電流可以被檢測和這功率器件電流可以表征一部分輸出電流。
使用準平均輸出電流控制技術的好處是以最簡單最低成本檢測方法來完成等效的平均輸出電流控制。由于在控制方案中有積分功能，本控制方案對干擾噪音不敏感。這是有利簡化開關電源變換器印刷電路板的布線設計。
權利要求
1.準平均輸出電流控制方案是有如下功能塊組成，參考功能塊將通常的參考信號變換成一種合適形式的信號；在參考運算塊中，根據(jù)不同開關電源變換器拓撲結構，按照預定算法進行運算；狀態(tài)檢測功能塊，檢測開關電源變換器的狀態(tài)變量并將其變換成與參考功能塊輸出的信號相同形式的信號；誤差發(fā)生器用于檢測從參考運算塊和狀態(tài)檢測功能塊輸出信號的差值；誤差放大器用于放大校正誤差發(fā)生器檢測出的差值，而形成脈寬調(diào)制器的調(diào)制信號；脈寬調(diào)制器將調(diào)制信號轉換成一系列脈寬調(diào)制脈沖。
2.如權力要求一所述的準平均輸出電流控制，其特征在于參考功能塊有可能是簡單到為由一個開關組成并復雜到由各種操作功能組成。
3.如權力要求一所述的準平均輸出電流控制，其特征在于參考運算塊根據(jù)被控開關電源變換器拓撲結構，運算功能塊有相應的運算有可能是簡單到為由連接線組成并復雜到由各種操作功能組成。
4.如權力要求一所述的準平均輸出電流控制，其特征在于狀態(tài)檢測功能塊可以是簡單到由一檢測電阻組成并復雜到由各種操作功能組成。
5.如權力要求一所述的準平均輸出電流控制，其特征在于誤差發(fā)生器可以是簡單到一加法器組成并復雜到由各種操作功能組成。
6.如權力要求一所述的準平均輸出電流控制，其特征在于誤差發(fā)生器可以與誤差放大器合并。
7.脈寬調(diào)制器輸出是用來同步參考功能塊，參考運算塊和狀態(tài)檢測功能塊。
8.在參考功能塊和參考運算塊中的參考信號已與狀態(tài)檢測功能塊處理系統(tǒng)狀態(tài)變量相同的方法和時間間隔處理。
全文摘要
提供一種準平均輸出電流控制方案，該控制方案允許僅僅檢測一部分開關電源變換器的電感電流來控制輸出電流。而使得平均輸出電流跟隨參考電流?？刂品桨笇Ω蓴_噪聲不敏感，并使整個控制系統(tǒng)以低成本實現(xiàn)。
文檔編號H02M7/527GK101018021SQ20061005319
公開日2007年8月15日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權日2006年8月29日
發(fā)明者魏其萃 申請人:魏其萃