本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)變換器，具體為一種谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方法及其裝置。
背景技術(shù)：
：：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和便攜式電子設(shè)備的普及，針對(duì)以線性控制理論為基礎(chǔ)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)存在瞬時(shí)響應(yīng)慢、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)，人們提出了一種新穎的非線性離散控制方法—脈沖序列(PT)控制。通過(guò)調(diào)整預(yù)先設(shè)定的、頻率相同但占空比不同的高、低功率脈沖序列組合實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，具有電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于對(duì)可靠性要求較高的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。PT控制在電感電流斷續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)的開(kāi)關(guān)變換器中得到了成功應(yīng)用，即高功率脈沖作用時(shí)輸出電壓增加，低功率脈沖作用時(shí)輸出電壓減小。為了拓寬變換器的功率范圍，將PT控制應(yīng)用到電感電流連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)的開(kāi)關(guān)變換器中，輸出電壓通過(guò)電感電流間接地得到調(diào)節(jié)，從而引起了低頻波動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了開(kāi)關(guān)變換器的工作性能。針對(duì)PT控制CCM變換器存在低頻波動(dòng)現(xiàn)象，本發(fā)明提出一種谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方法及其裝置，能夠有效地抑制低頻波動(dòng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是提供一種開(kāi)關(guān)變換器的控制方法，使之克服PT控制CCM變換器的低頻波動(dòng)的缺陷。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)低頻波動(dòng)現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)性能良好，且適用于各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)DC/DC變換器。本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提出一種谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方法。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方法，由變換器TD和控制器組成的谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其工作方式包括：在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期起始時(shí)刻，根據(jù)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的大小關(guān)系選擇該開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的有效谷值電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)導(dǎo)電模式開(kāi)關(guān)變換器的控制；其特征在于：在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期起始時(shí)刻，根據(jù)輸出電壓vo與基準(zhǔn)電壓Vref之間的大小關(guān)系從預(yù)設(shè)的谷值中選擇該開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的有效電感谷值電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：能夠有效地抑制PT控制CCM變換器輸出側(cè)電壓低頻波動(dòng)現(xiàn)象。本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述開(kāi)關(guān)變換器控制方法的裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)該發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為：一種實(shí)現(xiàn)谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方法的裝置，由變換器TD和控制器組成，控制器包括輸出電壓檢測(cè)電路VD、電感電流檢測(cè)電路IS、比較電路IDC、谷值選擇電路PS、脈沖產(chǎn)生電路PG、單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT、驅(qū)動(dòng)電路DR，其特征在于：變換器TD與輸出電壓檢測(cè)電路VD、電感電流檢測(cè)電路IS及驅(qū)動(dòng)電路DR相連；脈沖產(chǎn)生電路PG與驅(qū)動(dòng)電路DR、比較電路IDC及單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT相連；比較電路IDC與電感電流檢測(cè)電路IS、單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT、脈沖產(chǎn)生電路PG及谷值選擇電路PS相連；谷值選擇電路PS與輸出電壓檢測(cè)電路VD、比較電路IDC、高谷值電流IvH、低谷值電流IvL及基準(zhǔn)電壓值Vref相連。該裝置的工作過(guò)程和原理為：當(dāng)電感電流iL小于谷值電流Iv時(shí)，比較電路IDC產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)VC，此時(shí)輸出電壓檢測(cè)電路VD檢測(cè)變換器的輸出電壓vo，并將輸出電壓vo與基準(zhǔn)電壓Vref作比較：當(dāng)輸出電壓vo小于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，控制器選擇高谷值電流IvH，電感電流iL從上一開(kāi)關(guān)周期谷值電流處開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT計(jì)時(shí)Ton后，電感電流iL開(kāi)始下降，直到高谷值電流IvH時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束；當(dāng)輸出電壓vo大于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，控制器選擇高谷值電流IvL，電感電流iL從上一開(kāi)關(guān)周期谷值電流處開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT計(jì)時(shí)Ton后，電感電流iL開(kāi)始下降，直到高谷值電流IvL時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。附圖說(shuō)明：圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的谷值電流選擇電路結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的比較電路及脈沖產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)圖。圖5a為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓等于20.0V、負(fù)載功率等于25.0W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。圖5b為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓等于22.0V、負(fù)載功率等于25.0W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。圖5c為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓從20.0V突變到22.0V、負(fù)載功率等于25.0W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。圖5d為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓從22.0V突變到20.0V、負(fù)載功率等于25.0W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。圖6a為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓等于20.0V、負(fù)載功率等于23.8W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。圖6b為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓等于20.0V、負(fù)載功率等于27.1W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。圖6c為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓等于20.0V、負(fù)載功率從23.8W突變到27.1W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。圖6d為本發(fā)明實(shí)施例一在輸入電壓等于20.0V、負(fù)載功率從27.1W突變到23.8W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。圖7為本發(fā)明實(shí)施例二的電路結(jié)構(gòu)圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例三的電路結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式：實(shí)施例一圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式為一種開(kāi)關(guān)變換器的控制方法，其具體作法是：當(dāng)電感電流iL小于谷值電流Iv時(shí)，比較電路IDC產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)VC，此時(shí)輸出電壓檢測(cè)電路VD檢測(cè)變換器的輸出電壓vo，并將輸出電壓vo與基準(zhǔn)電壓Vref作比較：當(dāng)輸出電壓vo小于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，控制器選擇高谷值電流IvH，電感電流iL從上一開(kāi)關(guān)周期谷值電流處開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT計(jì)時(shí)Ton后，電感電流iL開(kāi)始下降，直到高谷值電流IvH時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束；當(dāng)輸出電壓vo大于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，控制器選擇高谷值電流IvL，電感電流iL從上一開(kāi)關(guān)周期谷值電流處開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT計(jì)時(shí)Ton后，電感電流iL開(kāi)始下降，直到高谷值電流IvL時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束。電路裝置由變換器TD和控制器組成，控制器包括輸出電壓檢測(cè)電路VD、電感電流檢測(cè)電路IS、比較電路IDC、谷值選擇電路PS、脈沖產(chǎn)生電路PG、單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT、驅(qū)動(dòng)電路DR。圖2示出，本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)變換器的控制方法的裝置，由Buck變換器和控制器組成，控制器包括輸出電壓檢測(cè)電路VD、電感電流檢測(cè)電路IS、比較電路IDC、谷值選擇電路PS、脈沖產(chǎn)生電路PG、單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT、驅(qū)動(dòng)電路DR。其連接方式為：變換器TD與輸出電壓檢測(cè)電路VD、電感電流檢測(cè)電路IS及驅(qū)動(dòng)電路DR相連；脈沖產(chǎn)生電路PG與驅(qū)動(dòng)電路DR、比較電路IDC及單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT相連；比較電路IDC與電感電流檢測(cè)電路IS、單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT、脈沖產(chǎn)生電路PG及谷值選擇電路PS相連；谷值選擇電路PS與輸出電壓檢測(cè)電路VD、比較電路IDC、高谷值電流IvH、低谷值電流IvL及基準(zhǔn)電壓值Vref相連。圖3示出，本實(shí)施例的谷值電流選擇電路具體組成為：由比較器AC1、觸發(fā)器DFF、開(kāi)關(guān)S1、S2組成。比較器AC1的“+”、“-”端分別接輸入電壓vo和基準(zhǔn)電壓Vref；觸發(fā)器DFF的D、clk、Q及Q端分別接比較器AC1的輸出端、觸發(fā)信號(hào)VC、開(kāi)關(guān)S1及S2。圖4示出，本例的比較電路及脈沖產(chǎn)生電路具體組成為：由比較器AC2、觸發(fā)器RSFF組成。比較器AC2的“+”、“-”端分別接谷值電流Iv和電感電流iL；觸發(fā)器RSFF的S、R及Q端分別接比較器AC2的輸出端、延時(shí)信號(hào)VT及驅(qū)動(dòng)電路輸入端。本例的裝置工作原理為：當(dāng)電感電流iL小于谷值電流Iv時(shí)，比較電路IDC產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)VC，此時(shí)輸出電壓檢測(cè)電路VD檢測(cè)變換器的輸出電壓vo，并將輸出電壓vo與基準(zhǔn)電壓Vref作比較：當(dāng)輸出電壓vo小于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，控制器選擇高谷值電流IvH，電感電流iL從上一開(kāi)關(guān)周期谷值電流處開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT計(jì)時(shí)Ton后，電感電流iL開(kāi)始下降，直到高谷值電流IvH時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束；當(dāng)輸出電壓vo大于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，控制器選擇高谷值電流IvL，電感電流iL從上一開(kāi)關(guān)周期谷值電流處開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器OOT計(jì)時(shí)Ton后，電感電流iL開(kāi)始下降，直到高谷值電流IvL時(shí)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束。本例的變換器為Buck變換器?；赑Sim電路仿真軟件對(duì)本例的方法進(jìn)行時(shí)域仿真分析，結(jié)果如下。圖5為采用上述控制方法及其控制裝置的變換器在負(fù)載功率等于25.0W時(shí)的仿真波形。如圖5a所示，在輸入電壓等于20.0V時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。如圖5b所示，在輸入電壓等于22.0V時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。如圖5c所示，在輸入電壓從20.0V突變到22.0V時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。如圖5d所示，在輸入電壓從22.0V突變到20.0V時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和輸入電壓E的時(shí)域仿真波形。圖6為采用上述控制方法及其控制裝置的變換器在輸入電壓等于20.0V時(shí)的仿真波形。如圖6a所示，在負(fù)載功率等于23.8W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。如圖6b所示，在負(fù)載功率等于27.1W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。如圖6c所示，在負(fù)載功率從23.8W突變到27.1W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。如圖6d所示，在負(fù)載功率從27.1W突變到23.8W時(shí)，輸出電壓vo、電感電流iL、谷值電流Iv和負(fù)載電流io的時(shí)域仿真波形。實(shí)施例二圖7示出，本例與實(shí)施例一基本相同，不同之處在于：本例控制的開(kāi)關(guān)變換器TD為Boost變換器。實(shí)施例三圖8示出，本例與實(shí)施例一基本相同，不同之處在于：本例控制的開(kāi)關(guān)變換器TD為Buck-Boost變換器。本發(fā)明方法可方便地用模擬器件或數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)；除了以上實(shí)施例中的開(kāi)關(guān)變換器外，還可以用于Cuk變換器、反激式變換器、正激式變換器、半橋變換器、全橋變換器等多種功率電路組成的開(kāi)關(guān)變換器。本發(fā)明實(shí)施例一采用表1中的電路參數(shù)進(jìn)行仿真。表1谷值電流調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制變換器仿真參數(shù)名稱參數(shù)Vin20.0V、22.0VVref10.V0VC470μFL100μHTon12μSIvH2.2AIvL1.6APR23.8W、25.0W、27.1W當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3