專(zhuān)利名稱：改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開(kāi)關(guān)電源設(shè)備，尤其是開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制技 術(shù)及其實(shí)現(xiàn)裝置制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)電源是在電子、通信、電氣、能源、航空航天、軍事以及家電等 領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力電子裝置。它具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、 重量輕、控制精度高和快速性好等優(yōu)點(diǎn)，在小功率范圍內(nèi)基本上取代了線 性調(diào)整電源，并迅速向中大功率范圍推進(jìn)，在很大程度上取代了晶閘管相 近整流電源。可以說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是目前中小功率直流電能變換裝置的 主流技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源主要由功率變換器和控制器兩部分構(gòu)成。功率變換器 又稱為功率電路，主要包括開(kāi)關(guān)裝置、變壓器裝置和整流濾波電路。常見(jiàn)
的功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有Buck降壓變換器、Boost升壓變換器、Buck-Boost 升降壓變換器、正激變換器、反激變換器等?？刂破髂軌驒z測(cè)功率變換電 路輸出電壓或電路其它狀態(tài)，并據(jù)此產(chǎn)生相應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)控制功率變換電路 開(kāi)關(guān)裝置的工作，從而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源的輸出以得到期望的輸出值。控制器 的結(jié)構(gòu)和工作原理由開(kāi)關(guān)電源所采用的控制方法決定。對(duì)于同一功率電路 拓?fù)?，采用不同的控制方法?huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度及動(dòng)態(tài)性能等方面產(chǎn)生影 響，因而控制方法的研究顯得日益重要。
傳統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)是很為廣泛采用的一種開(kāi)關(guān)電源調(diào)制技術(shù)，它能滿足一般控制要求。其控制思想是用誤差放大器對(duì)開(kāi)關(guān)電源 的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較獲得誤差信號(hào)，再由比較器對(duì)該誤差信號(hào) 與鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較獲得脈寬信號(hào)，以控制開(kāi)關(guān)裝置的導(dǎo)通、關(guān)斷，使 輸出電壓達(dá)到期望值。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，由于誤差放大器放 大系數(shù)有限以及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的存在，導(dǎo)致誤差信號(hào)變化相對(duì)緩慢，因而脈沖 寬度的變化也較為緩慢，這使得開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢。因而隨著 某些應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)于開(kāi)關(guān)電源在瞬態(tài)響應(yīng)速度方面性能要求的提高，脈沖寬 度調(diào)制技術(shù)已很難滿足這一要求，這就迫切的需要采用新的控制方法來(lái)提 升開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)速度。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，以 改善開(kāi)關(guān)電源在瞬態(tài)響應(yīng)方面的性能。
本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案是改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電 源脈沖寬度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置，由電壓檢測(cè)裝置、誤差放大器、模擬多路 選擇器、電壓區(qū)間判斷器、比較器及驅(qū)動(dòng)電路組成；電壓檢測(cè)裝置、誤差 放大器、模擬多路選擇器、比較器及驅(qū)動(dòng)電路順序連接；電壓區(qū)間判斷器 輸入端與誤差放大器的輸出端相連，其輸出端與模擬多路選擇器相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是與現(xiàn)有的脈沖寬度調(diào)制 技術(shù)相比，采用本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)電源在輸入電壓或負(fù)載發(fā)生改變時(shí)，控 制器能夠立即調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)裝置動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)電源迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)，大大提升了 開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)速度。


圖1為本實(shí)用新型控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型控制器中模擬多路選擇器輸出與誤差信號(hào)關(guān)系示意圖。
圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一和傳統(tǒng)電壓型P麗調(diào)制的開(kāi)關(guān)電源在輸入電壓突變時(shí)輸出電壓仿真波形圖。(a)輸入電壓波形(b)為傳統(tǒng)電壓型PWM
調(diào)制的開(kāi)關(guān)電源在輸入電壓突變時(shí)的輸出電壓；(c)為本實(shí)用新型實(shí)施例
一的開(kāi)關(guān)電源在輸入電壓突變時(shí)的輸出電壓。
圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一和傳統(tǒng)電壓型PWM調(diào)制的開(kāi)關(guān)電源在輸入
電壓突變時(shí)輸出電壓仿真波形圖。(a)負(fù)載電流波形(b)為傳統(tǒng)電壓型P麗
調(diào)制的開(kāi)關(guān)電源在負(fù)載突變時(shí)的輸出電壓；(c)為本實(shí)用新型實(shí)施例一的
開(kāi)關(guān)電源在負(fù)載突變時(shí)的輸出電壓。
圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。 實(shí)施例一
圖1示出，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
為 一種改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源脈沖 寬度調(diào)制技術(shù)，其控制器(Controller)主要由電壓檢測(cè)裝置VD、誤差放 大器EA、模擬多路選擇器AM、電壓區(qū)間判斷器VIJ、比較器COM及驅(qū)動(dòng)電 路DC組成。功率變換器PTD輸出電壓經(jīng)電壓檢測(cè)裝置VD后與基準(zhǔn)電壓相 比較，然后經(jīng)誤差放大器EA及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)CN后得到誤差信號(hào)；電壓區(qū)間判 斷器VIJ根據(jù)誤差信號(hào)電壓的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)去控制模擬多路選擇 器AM工作；模擬多路選擇器AM根據(jù)電壓區(qū)間判斷器VIJ生成的控制信號(hào) 選擇相應(yīng)的電壓信號(hào)作為輸出，然后與載波信號(hào)CS進(jìn)行比較得到最終的控 制脈沖；最后，控制脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路DC后用于控制功率變換器PTD的開(kāi)關(guān) 裝置，由此得到期望的穩(wěn)定輸出電壓。
圖2給出了本實(shí)用新型在Buck變換器中的應(yīng)用。輸出電壓(F。)與基準(zhǔn) 電壓(F^)經(jīng)誤差放大器EA及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)CN后得到誤差信號(hào)(Ke)，電壓區(qū)間判斷器viJ根據(jù)誤差信號(hào)電壓大小產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)來(lái)控制模擬多路選擇器
AM工作。圖3示出了模擬多路選擇器AM輸出與誤差信號(hào)關(guān)系示意圖。電壓 區(qū)間判斷器VIJ將電壓分為三個(gè)區(qū)間，即電壓小于K的區(qū)間、電壓大于^ 的區(qū)間以及電壓區(qū)間(K， F+)。當(dāng)誤差信號(hào)處于電壓區(qū)間(K.， F+)時(shí)，電壓 區(qū)間判斷器VIJ控制模擬多路選擇器AM選擇誤差信號(hào)作為其輸出(K);當(dāng) 誤差信號(hào)小于F.時(shí)，控制器選擇事先設(shè)定好的固定電壓K,作為其輸出；而 當(dāng)誤差信號(hào)大于h時(shí)，模擬多路選擇器AM的輸出則為r^。 ^及K的關(guān)系 可以很清晰的通過(guò)式(1)來(lái)表示
<formula>formula see original document page 6</formula>
這一關(guān)系的實(shí)現(xiàn)則通過(guò)電壓區(qū)間判斷器VIJ及模擬多路選擇器AM來(lái)完 成。K再和載波信號(hào)CS進(jìn)行比較得到最終的控制脈沖，控制脈沖再通過(guò)驅(qū)
動(dòng)電路DC控制主功率開(kāi)關(guān)管的工作，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源輸出以維持恒定。當(dāng)輸
入電壓或負(fù)載出現(xiàn)變化時(shí)，會(huì)引起誤差信號(hào)的相應(yīng)變化。 一旦誤差信號(hào)偏
離區(qū)間(K-， F+)，模擬多路選擇器AM將指定一電壓做為新的控制信號(hào)與載 波信號(hào)相比較，從而引起驅(qū)動(dòng)脈沖占空比的較大變化來(lái)獲得快的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 速度。若K恒等于K，則控制方式即為傳統(tǒng)的電壓型脈沖寬度調(diào)制技術(shù)， 這也是本實(shí)用新型與傳統(tǒng)電壓型脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的唯一區(qū)別，也正是由 于對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行了處理，從而改善了開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)速度。因而K 和^的差值不宜較大，否則動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度將得不到明顯的提升。另外，K 及^的值應(yīng)根據(jù)載波信號(hào)的最小及最大值來(lái)進(jìn)行選取，^及F^的值分別 決定了最小及最大占空比。仿真結(jié)果分析
圖4為采用Pspice軟件對(duì)分別采用傳統(tǒng)電壓型脈沖寬度調(diào)制技術(shù)及本 實(shí)用新型方法的Buck變換器在輸入電壓突變時(shí)的輸出電壓波形，圖4分圖
(a) 、 (b)、 (c)的橫軸均為時(shí)間(ms)，縱軸均為電壓(V)。在圖4中可 以看出，當(dāng)輸入電壓突變時(shí)，采用本實(shí)用新型的Buck變換器具有更快的瞬 態(tài)響應(yīng)速度，輸出電壓波動(dòng)小，且很快進(jìn)行新的穩(wěn)態(tài)。仿真條件輸出電 壓K-^尸6V，電感Z-5. 6uH，電容6M000uF，負(fù)載W-5Q，開(kāi)關(guān)周期為27us。
圖5為采用傳統(tǒng)電壓型P麵調(diào)制和本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)電源在負(fù)載出現(xiàn) 突變情況下的輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)域仿真波形圖，分圖(a)為負(fù)載電流，
(b) 和(c)分別對(duì)應(yīng)采用傳統(tǒng)電壓型脈沖寬度調(diào)制和本實(shí)用新型的輸出 電壓，橫軸均為時(shí)間(ms)， (a)縱橫為電流(A)， (b)禾口 (c)縱軸均為電 壓(V)。圖5中，在17ms時(shí)負(fù)載電流由1. 2A階躍變化至3. 2A，而在19ms 時(shí)負(fù)載電流由3. 2A突變至1.2A，即模擬瞬間加載及減載過(guò)程。圖由可見(jiàn)， 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源突然加載或減載時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)電壓型PWM調(diào)制，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 長(zhǎng)，并且會(huì)產(chǎn)生較高的的電壓偏移量；而采用本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)電源瞬態(tài) 響應(yīng)速度很快，系統(tǒng)立即進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)。由此可見(jiàn)采用本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān) 電源具有很好的負(fù)載動(dòng)態(tài)特性。仿真條件輸出電壓K,14V， F,乙產(chǎn)6V， 電感^5.6uH，電容^1000uF，開(kāi)關(guān)周期為27us。
實(shí)施例二
圖6示出，本例與實(shí)施例一相比，功率變換器為反激變換器，控制裝 置與實(shí)施例一相同。同樣通過(guò)仿真證明，采用本實(shí)用新型的反激變換器的 輸出電壓穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。本實(shí)用新型除了可用于控制上述實(shí)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、正激變換器、半橋變換器、全橋 變換器等功率電路組成的開(kāi)關(guān)電源。
權(quán)利要求1、一種改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置，由電壓檢測(cè)裝置、誤差放大器、模擬多路選擇器、電壓區(qū)間判斷器、比較器及驅(qū)動(dòng)電路組成；其特征在于電壓檢測(cè)裝置、誤差放大器、模擬多路選擇器、比較器及驅(qū)動(dòng)電路順序連接；電壓區(qū)間判斷器輸入端與誤差放大器的輸出端相連，其輸出端與模擬多路選擇器相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置，電壓檢測(cè)裝置、誤差放大器、模擬多路選擇器、比較器及驅(qū)動(dòng)電路順序連接；電壓區(qū)間判斷器輸入端與誤差放大器的輸出端相連，其輸出端與模擬多路選擇器相連。根據(jù)誤差信號(hào)所處區(qū)間的不同，選擇不同的電壓信號(hào)在比較器中與載波進(jìn)行比較，其比較輸出作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用以控制主功率開(kāi)關(guān)管工作調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓。該實(shí)用新型可用于控制多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電源，其突出優(yōu)點(diǎn)是采用這種控制方案的開(kāi)關(guān)電源具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)H02M7/5395GK201403054SQ20092008052
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者周?chē)?guó)華, 王金平, 明 秦, 許建平 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)