專利名稱：開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣控制設(shè)備，尤其是開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法及其裝置。
背景技術(shù)：
開關(guān)變換器是一種能量變換裝置，它通過檢測輸入或輸出電壓的變化，并據(jù)此產(chǎn) 生相應(yīng)開關(guān)信號控制開關(guān)裝置的通斷，從而調(diào)節(jié)向負載端傳遞的能量以維持穩(wěn)定的輸出。 開關(guān)變換器具有體積小、重量輕、效率高、功率密度大等突出優(yōu)點，其應(yīng)用越來越廣泛。在我 們的日常生活中，開關(guān)變換器普遍存在，如電腦適配器、電池充電器等。近年來，越來越多的 應(yīng)用場合要求其供電電源具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)速度，如一些微處理器從睡眠模式到工作狀 態(tài)時，瞬態(tài)電流速率達50A/us，這就要求其供電電源具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)速度以滿足負載 的需求。傳統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulation， P麗)技術(shù)實現(xiàn)方式簡單，但其動 態(tài)響應(yīng)速度較慢，已很難滿足負載這一需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法，使之具有快速的瞬 態(tài)響應(yīng)速度。 本發(fā)明為解決其技術(shù)所采取的方法是采用遲滯比較器對開關(guān)變換器的輸出電壓 進行監(jiān)控，遲滯比較器輸出控制電流注入或電流抽取裝置工作。開關(guān)變換器工作在穩(wěn)態(tài)時， 遲滯比較器輸出為零，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置不工作，不影響變換器效率。在瞬態(tài)時，當開 關(guān)變換器輸出電壓低于遲滯比較器輸入電壓下限時，遲滯比較器輸出置高，瞬態(tài)響應(yīng)速度 提升裝置工作，其為開關(guān)變換器輸出端提供額外的電流注入或電流抽取，以此提升開關(guān)變 換器瞬態(tài)響應(yīng)速度。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)方式簡單可靠，并能快速地提升開關(guān) 變換器的瞬態(tài)響應(yīng)速度。 本發(fā)明的另一 目的是提供實現(xiàn)上述開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法的裝置。其 特征在于，遲滯比較器HC輸出直接連接驅(qū)動電路DR，驅(qū)動電路接開關(guān)管Sl和Sl以控制開 關(guān)通斷；輔助電壓源與開關(guān)管Sl漏極相連，開關(guān)管Sl源極與開關(guān)管S2漏極相連后與電感 La的一端相連，電感La另一端與開關(guān)變換器輸出端正端相連，開關(guān)管S2源極接開關(guān)變換器 輸出端地端。 下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。


圖1為本發(fā)明實現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為本發(fā)明實施例一的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例一中主要工作波形示意圖。 圖4為不采用和采用本發(fā)明裝置的傳統(tǒng)電壓型P麗調(diào)制Buck開關(guān)變換器在負載
3突變時輸出電壓時域仿真波形圖。 圖5為本發(fā)明實施例二的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4中(a)不采用本發(fā)明裝置時的輸出電壓波形；(b)為采用本發(fā)明裝置時的輸 出電壓波形；(c)為負載電流波形。
具體實施方式

實施例一 圖1示出，本發(fā)明的具體實施方式
為開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法及其裝 置，由遲滯比較器、電流注入及電流抽取裝置組成。遲滯比較器對開關(guān)變換器的輸出電壓進 行監(jiān)控，遲滯比較器輸出控制電流注入及電流抽取裝置的工作，從而為開關(guān)變換器輸出端 提供額外的電流注入或抽取，以此提升開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度。 圖2給出了本發(fā)明在Buck開關(guān)變換器中的應(yīng)用，具體工作原理及主要工作波形可 參考圖3。由圖2可知，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置由遲滯比較器、輔助電壓源Va、電感k、開關(guān) 管S工和S^以及驅(qū)動電路組成。對于輸入電壓大于輸出電壓的開關(guān)變換器，輔助電壓源可 直接采用輸入電源替代；而對于輸入電壓小于輸出電壓的開關(guān)變換器，輔助電壓源則需采 用電壓大于輸出電壓的電源。 由圖2、圖3可知本發(fā)明的具體工作原理及過程為在穩(wěn)態(tài)時，遲滯比較器輸出信 號PL和NL均為低電平，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置不工作，因此本發(fā)明裝置不影響開關(guān)變換器 穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)效率。負載瞬態(tài)加載時，輸出電壓下降，當輸出電壓跌落至低于VtM—，遲滯比 較器輸出信號PL置高，經(jīng)驅(qū)動電路后控制開關(guān)管S工導(dǎo)通，此時，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置為
開關(guān)變換器輸出端提供斜率為(Va-V。)/La的額外注入電流i^。在電路參數(shù)選擇時，k遠遠
小于開關(guān)變換器主功率電感L，因而額外注入電流的上升速度遠遠大于主功率電感電流 ^的上升速率，從而可以迅速為輸出電容補充能量，減小輸出電壓跌落量，縮短調(diào)整時間， 提升開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度。直到輸出電壓回升到高于Vt^時，PL翻轉(zhuǎn)為低電平，開關(guān) 管S工關(guān)斷，流經(jīng)電感La的電流經(jīng)開關(guān)管S2體二極管續(xù)流。開關(guān)管S工經(jīng)過若干次開關(guān)動作 后，主功率電感電流^上升到新的負載電流I。，開關(guān)變換器再次回到穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)響應(yīng)速度提 升裝置不再工作。類似的，當負載瞬態(tài)減載時，輸出電壓上升，當輸出電壓上升至Vth2+，遲滯 比較器輸出信號NL置高，經(jīng)驅(qū)動電路后控制開關(guān)管S2導(dǎo)通，此時，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置 為開關(guān)變換器輸出端提供斜率為_V。/La的額外抽取電流方向與圖2中所示方向相 反。此時，多余的主功率電感電流(ifl。)經(jīng)電感1V流至地回路，由此避免了電感電流對輸 出電容過充電，造成輸出電壓過度上升。當輸出電壓回落到低于Vth2—時，遲滯比較器輸出信 號NL翻轉(zhuǎn)為低電平，開關(guān)管S2關(guān)斷，電感電流經(jīng)開關(guān)管S工體二極管及輔助電源續(xù)流，電感 儲能回饋到輔助電源。同樣，開關(guān)管S2經(jīng)過若干次開關(guān)動作后，主功率電感電流i^下降至 新的負載電流I。，開關(guān)變換器再次回到穩(wěn)態(tài)，PL與NL均為低電平，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置 不再工作。 仿真結(jié)果分析 圖4為采用Psim軟件對不采用和采用本發(fā)明裝置的傳統(tǒng)電壓型P麗調(diào)制Buck開 關(guān)變換器在負載突變時輸出電壓時域仿真波形圖。圖4分圖(a)、 (b)、 (c)的橫軸均為時 間(ms)， (a)、 (b)的縱軸為電壓幅值(V)， (c)的縱軸為負載電流幅值(A)。在圖4中可以看出，面對相同的負載突變，采用本發(fā)明裝置時Buck變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升很快。在1ms 時負載由1A突變至IOA，圖(a)中輸出電壓跌落量達到將近500mV，調(diào)整時間接近lms，而 圖(b)中輸出電壓跌落量僅為負載突變瞬間輸出電容等效串聯(lián)電阻造成的跌落180mV，其 后輸出電壓迅速上升，在遲滯比較器端電壓5. 90V至5. 95V之間波動，大約經(jīng)過0. 3ms變換 器進入穩(wěn)態(tài)。在3ms時負載由10A突變至1A，圖(a)中輸出電壓超調(diào)量達到將近650mV，調(diào) 整時間接近1.4ms，而圖(b)中輸出電壓超調(diào)量僅為180mV，其后輸出電壓迅速下降，在遲滯 比較器端電壓6. 05V至6. 10V之間波動，大約經(jīng)過0. 5ms變換器進入穩(wěn)態(tài)。從圖4示出了 本發(fā)明裝置在提升開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度方面的明顯優(yōu)勢。仿真條件輸入電壓Vin = 15V，輸出電壓V。 = 6V，電感L = 200uH，電容C = 1000uF，電容等效串聯(lián)電阻ESR = 20mQ ， P麗調(diào)制開關(guān)頻率t二 lOOKHz，輔助電源電壓Va二 Vin= 15V，電感k = 20uH，遲滯比較器 端電壓(Vthl_ = 5. 90V， Vthl+ = 5. 95V) ， (Vth2— = 6. 05V， Vth2+ = 6. 10V)。
實施例二 圖5示出，本例與實施例一相比，功率變換器為反激變換器，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝 置與實施例一相同。同樣通過仿真證明，采用本發(fā)明裝置可以提升反激變換器的瞬態(tài)響應(yīng) 速度。 本發(fā)明除了可用于控制上述實施例中的兩種功率變換器外，也可用于Boost變換 器、Buck-boost變換器、Cuk變換器、正激變換器、半橋變換器、全橋變換器等功率電路組成 的開關(guān)變換器。
權(quán)利要求
開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法，其特征在于，采用遲滯比較器對開關(guān)變換器的輸出電壓進行監(jiān)控，遲滯比較器輸出控制電流注入或電流抽取裝置工作；開關(guān)變換器工作在穩(wěn)態(tài)時，遲滯比較器輸出為零，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置不工作；開關(guān)變換器工作在瞬態(tài)時，當開關(guān)變換器輸出電壓低于遲滯比較器輸入電壓下限時，遲滯比較器輸出置高，瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置工作，所述提升裝置為開關(guān)變換器輸出端提供額外的電流注入或電流抽取，以提升開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度。
2. —種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法的裝置，其特征在于， 遲滯比較器HC輸出直接連接驅(qū)動電路DR，驅(qū)動電路接開關(guān)管SI和SI以控制開關(guān)通斷；輔 助電壓源與開關(guān)管SI漏極相連，開關(guān)管SI源極與開關(guān)管S2漏極相連后與電感La的一端 相連，電感La另一端與開關(guān)變換器輸出端正端相連，開關(guān)管S2源極接開關(guān)變換器輸出端地丄山順。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度提升方法及其裝置，采用遲滯比較器對開關(guān)變換器的輸出電壓進行監(jiān)控，遲滯比較器輸出控制電流注入或電流抽取裝置工作，以提升開關(guān)變換器瞬態(tài)響應(yīng)速度。瞬態(tài)響應(yīng)速度提升裝置在穩(wěn)態(tài)時不工作，因而不影響開關(guān)變換器穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)換效率。該發(fā)明可用于控制各種拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)變換器，其優(yōu)點是控制環(huán)路簡單可靠，無需補償網(wǎng)絡(luò)，瞬態(tài)響應(yīng)速度快，電磁干擾(EMI)噪聲小。
文檔編號H02M3/156GK101702577SQ20091025281
公開日2010年5月5日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者周國華, 張斐, 王金平, 秦明, 許建平 申請人:西南交通大學