独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制方法及其装置，通过限定电容电流峰值和谷值的大小，完成对变换器主开关管和支路开关管的控制，实现各个输出支路的独立调节。与传统的独立充放时序单电感双输出开关变换器相比，本发明专利技术具有稳定性好，可靠性高，负载范围宽，抗干扰能力强，输入、负载瞬态响应速度快，输出支路间的交叉影响小等优点，可用于控制单电感双输出拓扑结构的多种变换器，诸如：Buck变换器、Boost变换器、Buck‑boost变换器、Bipolar变换器等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子设备，尤其是一种单电感双输出开关变换器的控制方法及其装置。
技术介绍
随着智能移动设备的普及，开关电源正朝着高可靠、小尺寸、低成本和多输出等方向发展。单电感多输出开关变换器因其只需一个电感，极大地减少了多路输出系统所需磁芯的数量、降低了成本，备受学术界和工业界的关注。但由于单电感多输出开关变换器各条输出支路共用一个电感，通过电感将各条输出支路耦合在一起，当一条输出支路负载变化时，会通过电感电流影响到其它输出支路的输出，因而造成交叉影响。交叉影响较轻时会影响变换器的稳态性能，严重时会影响变换器的稳定性，已成为研究单电感多输出开关变换器的重要问题之一。为改善单电感多输出开关变换器输出支路存在交叉影响的缺点，近年来提出了一些新的控制方法，以抑制输出支路的交叉影响。根据电感电流的工作模式，单电感双输出开关变换器可以分为：电感电流断续导电模式(discontinuousconductionmode,DCM)、伪连续导电模式(pseudo-continuousconductionmode,PCCM)和连续导电模式(continuousconductionmode,CCM)。根据单位周期内电感电流的工作时序，单电感双输出开关变换器又可以分为共享充放时序和独立充放时序。独立充放时序是指在每个开关周期内两条支路均独立充电和放电，共享充放时序是指每个开关周期内两条支路共享一次充电或共享一次放电。独立充放时序单电感双输出开关变换器工作于DCM时，消除了输出支路的交叉影响，但变换器的转换效率低、电感电流纹波大、带载能力差；工作于PCCM时，克服了电感电流纹波较大的缺点，但在续流开关工作阶段引入了额外的开关损耗和导通损耗，影响了变换器效率的提高；工作于CCM时，电感电流及输出电压纹波较小、变换器效率较高、带载能力较强，但输出支路之间的交叉影响严重。基于脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)的恒频控制技术是最为常见的单电感双输出开关变换器控制方法，但是，采用恒频控制的独立充放时序单电感双输出开关变换器工作于CCM时，若支路负载不平衡，则变换器会失去稳定，无法正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单电感双输出开关变换器的控制方法及其装置，使之克服现有的独立充放时序单电感双输出开关变换器工作在CCM时的技术缺点，具有很好的瞬态响应、较低的交叉影响和较宽的负载范围，适用于多种拓扑结构的单电感双输出开关变换器。本专利技术采用的技术方案如下：独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制方法：在每个开关周期内，检测两条输出支路的电容电流，得到信号ic1和ic2，检测两条输出支路的输出电压，得到信号Voa和Vob；将iC1和iC2送入到加法器ADD产生信号iC；将Voa和电压基准值Vref1送入到第一误差放大器EA1产生信号iv1，将Vob和电压基准值Vref2送入到第二误差放大器EA2产生信号iv2；将iC、iv1和iv2送入第一脉冲信号产生器PGR生成信号RR，将iC送入到第二脉冲信号产生器PGS生成信号SS；信号RR和信号SS经过第一触发器RS产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；信号SS经过第二触发器D产生脉冲信号Vp2和Vp3，用以控制变换器的两个支路开关管的导通和关断。一种独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制装置：包括第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、加法器ADD、第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一脉冲产生器PGR、第二脉冲产生器PGS、第一触发器RS、第二触发器D、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2和第三驱动电路DR3；所述的第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2与加法器ADD相连；加法器ADD与第二脉冲信号产生器PGS相连，第二脉冲信号产生器PGS与第一触发器RS的R端和第二触发器D的C1端相连；所述的第一电压检测电路VS1与第一误差放大器EA1相连，第二电压检测电路VS2与第二误差放大器EA2相连；第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2和加法器ADD均与第一脉冲信号产生器PGR相连，第一脉冲信号产生器PGR与第一触发器RS的S端相连；第一触发器RS的Q端连接第一驱动电路DR1，第二触发器D的Q1端连接第二驱动电路DR2，第二触发器D的Q端连接第三驱动电路DR3。进一步地，所述的第一脉冲产生器PGR包括第一比较器CMP1和第二比较器CMP2，以及或门OR；第一误差放大器EA1的输出端和加法器ADD的输出端分别连接到第一比较器CMP1的输入端，第二误差放大器EA2的输出端和加法器ADD的输出端分别连接到第二比较器CMP2的输入端；比较器CMP1和CMP2的输出端分别连接到或门OR的输入端。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术为独立充放时序单电感双输出开关变换器提供了一种简单可靠的控制方法，克服了传统的基于PWM控制的独立充放时序单电感双输出开关变换器只能在负载平衡时工作的缺点，负载范围更宽，稳定性更好，可靠性更高。二、本专利技术的单电感双输出开关变换器在负载发生改变时，能够快速调节主开关管和支路开关管的导通和关断，输出电压纹波变化量小、调节时间短，瞬态响应性能高，两输出支路之间的交叉影响小，系统稳定性好。三、本专利技术的单电感双输出开关变换器在输入电压发生改变时，能够快速调节主开关管和支路开关管的导通和关断，变换器的瞬态响应性能高，稳定性好。附图说明图1为本专利技术实施例一控制方法的电路结构框图。图2为本专利技术实施例一的第一脉冲信号产生器PGR的电路结构框图。图3为本专利技术实施例一的第二脉冲信号产生器PGS的电路结构框图。图4为本专利技术实施例一的电路结构框图。图5为本专利技术实施例一的单电感双输出开关变换器稳态工作时的主要波形示意图。图6为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在支路负载加载时的瞬态时域仿真波形。图7为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在支路负载减载时的瞬态时域仿真波形。图8为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在输入电压跳变时的瞬态时域仿真波形。图9为本专利技术实施例二的电路结构框图。图6中：(a)为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在a支路加载时的瞬态时域仿真波形；(b)为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在b支路加载时的瞬态时域仿真波形。图7中：(a)为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在a支路减载时的瞬态时域仿真波形；(b)为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在b支路减载时的瞬态时域仿真波形。图8中：(a)为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在输入电压增大时的瞬态时域仿真波形；(b)为本专利技术实施例一和电压型PWM控制的单电感双输出开关变换器在输入电压减小时的瞬态时域仿真波形。具体实施方式下面通过具体的实例并结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。实施例一：图1示出，本专利技术的一种具体实施方式为：独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制方法及其装置，其装置主要由第一电流检测电路IS1、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制方法，其特征在于：在每个开关周期内，检测两条输出支路的电容电流，得到信号ic1和ic2，检测两条输出支路的输出电压，得到信号Voa和Vob；将iC1和iC2送入到加法器ADD产生信号iC；将Voa和电压基准值Vref1送入到第一误差放大器EA1产生信号iv1，将Vob和电压基准值Vref2送入到第二误差放大器EA2产生信号iv2；将iC、iv1和iv2送入第一脉冲信号产生器PGR生成信号RR，将iC送入到第二脉冲信号产生器PGS生成信号SS；信号RR和信号SS经过第一触发器RS产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；信号SS经过第二触发器D产生脉冲信号Vp2和Vp3，用以控制变换器的两个支路开关管的导通和关断。

【技术特征摘要】
1.独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制方法，其特征在于：在每个开关周期内，检测两条输出支路的电容电流，得到信号ic1和ic2，检测两条输出支路的输出电压，得到信号Voa和Vob；将iC1和iC2送入到加法器ADD产生信号iC；将Voa和电压基准值Vref1送入到第一误差放大器EA1产生信号iv1，将Vob和电压基准值Vref2送入到第二误差放大器EA2产生信号iv2；将iC、iv1和iv2送入第一脉冲信号产生器PGR生成信号RR，将iC送入到第二脉冲信号产生器PGS生成信号SS；信号RR和信号SS经过第一触发器RS产生脉冲信号Vp1，用以控制变换器主开关管的导通和关断；信号SS经过第二触发器D产生脉冲信号Vp2和Vp3，用以控制变换器的两个支路开关管的导通和关断。2.一种独立充放时序单电感双输出开关变换器变频控制装置，其特征在于：包括第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、加法器ADD、第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一脉冲产生器PGR、第二脉冲产生器PGS、第一触发器RS、第二触发器D、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，周述晗，刘啸天，冷敏瑞，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51