一种基于PT控制的改进型Buck变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及到一种基于PT控制的改进型Buck变换器，所述变换器由传统的Buck变换拓扑演变而成，在传统Buck变换拓扑上增加一条并联于输出滤波电容C两端由电感L2、电容C0以及二极管D2组成的支路，其中电感L2的一端与电感L1的一端相连另一端与二极管D2的阴极相连；二极管阳极与电源E的“‑”端相连；电容C0两端分别与二极管D1与D2的阴极相连；改进型PT控制的Buck变换器结构简单，变换效率高，增加支路元器件功耗小，同时解决了传统PT控制Buck变换器输出电压低频波动的问题，极大的提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流-直流(DC-DC)变换器控制
范畴，尤其涉及一种基于脉冲序列控制的输入电压高于输出电压降压型DC-DC变换器。
技术介绍
计算机和通信技术的发展以及个人便携设备的普及，对开关电源的性能要求越来越高，以线性控制理论为基础的PWM技术存在瞬态特性差、鲁棒性差和补偿网络设计困难等问题，因此人们一直试图采用更好的控制技术来改进开关电源的性能。为了解决上述问题，iWatt公司开发了一种名为脉冲序列(PulseTrain，PT)控制的稳压技术，并广泛应用于电池供电的计算机、消费类产品等需要多电源供电的电子系统中。例如PT控制的Buck电路中，控制回路不需要误差放大器及其相应的补偿网络，对负载变化有较快响应速度。但是PT控制的Buck电路中存在输出电压低频波动的问题，两组功率脉冲传递的能量存在较大差异，导致输出电压的纹波较大。它所存在的输出电压纹波较大的缺点限制了其在工业上的广泛应用，影响了PT控制开关变换器的发展。针对这一问题，本技术提出一种改进型PT控制Buck变换器，能够实现抑制输出电压低频波动问题。
技术实现思路
本技术主要涉及降压型变换拓扑，提出的一种改进型PT控制Buck变换器能够有效的解决输出电压低频波动的问题。所述改进型PT控制Buck变换器研究了电路工作在电感电流连续模式(continuousconductionmode,CCM)情况，变换拓扑如图1所示。Q为开关管，L为滤波电感，C为滤波电容，D为续流二极管，PT控制电路为开关管Q提供高低功率脉冲。为了解决输出电压低频波动问题，本技术提出以下技术方案：所述改进型PT控制Buck电路由传统Buck电路、电感电容二极管构成的支路以及控制电路组成，所述Buck电路，由直流电源E的“+”端与MOS管Q的漏极相连；MOS管Q的源极和二极管D1的阴极以及电感L1的一端相连；电感L1的另一端和输出滤波电容C的正极以及负载R的一端相连；直流电源E的“-”端与二极管D1的阳极、输出滤波电容C的负极以及负载R的另一端相连；所述控制电路，由电压采样电路、误差补偿电路、触发电路及驱动电路依次相连组成。其特征在于，输出滤波电容C的两端并联由电感L2、电容C0以及二极管D2组成的支路，其中电感L2的一端与电感L1的一端相连，另一端与二极管D2的阴极相连，二极管阳极与电源E的“-”端相连，电容C0两端分别与二极管D1与D2的阴极相连。构成的改进型PT控制Buck变换拓扑，如图2所示。本技术的优点在于：a)能够有效解决PT控制Buck电路中的输出电压低频波动问题；b)电路传递能量到负载的过程中，剩余的能量能够存储在增加支路的电感电容中，避免因电路中电压的变化量过大而冲击电路元器件；附图说明图1为传统PT控制Buck电路原理图。图2为改进型PT控制Buck电路原理图。图3(a)、(b)为PISM软件仿真传统PT控制Buck电路主要波形图。图4为PISM软件仿真改进型PT控制Buck电路主要波形图。图5为传统PT控制Buck电路硬件实验主要波形图。图6为改进型PT控制Buck电路硬件实验主要波形图。图1标记说明：E为直流电源，Q为MOS管，D1为续流二极管，L1为电感，C为输出滤波电容，R为负载。图2标记说明:L1为增加的支路电感，C0为增加的支路电容，D2为增加的支路二极管。图3标记说明:vG和v0分别为传统PT控制Buck变换器中开关管电压和输出电压。图4标记说明:vG和v0分别为改进型PT控制Buck变换器中开关管电压和输出电压。图5标记说明:vG和v0分别为传统PT控制Buck变换器中开关管电压和输出电压。图6标记说明:vG和v0分别为改进型PT控制Buck变换器中开关管电压和输出电压。具体实施方式本技术是一种改进型PT控制Buck变换器。主电路的具体连接方式是，直流电源E的“+”端与MOS管Q的漏极相连；MOS管Q的源极和二极管D1的阴极、电感L1的一端以及支路电容C0的一端相连；电感L1的另一端和支路电感L2的一端、输出滤波电容C的正极以及负载R的一端相连；直流电源E的“-”端与二极管D1的阳极、输出滤波电容C的负极、二极管D2的阳极以及负载R的另一端相连；支路电容的C0另一端与支路电感L2的一端以及二极管D2的阴极相连；所述控制电路，由电压采样电路、误差补偿电路、触发电路及驱动电路依次相连组成。具体分析如下：如果输出电压低于参考电压，PT控制器选择高功率脉冲，电感电流上升，但此时输出电压可能上升也可能下降；类似的，在开关周期开始时刻，如果输出电压高于参考电压，PT控制器将选择低功率脉冲，电感电流下降，但此时输出电压可能下降也可能上升，导致输出电压出现低频波动现象。本技术通过在输出滤波电容C两端并联一条由电感L2、电容C0以及二极管D2组成的支路，能够有效地解决输出电压低频波动问题。当输出电压大于参考电压时，PT控制器将选择低功率脉冲，电路为了传输较少的能量，电感L1中的一部分能量储存到增加支路的电感L2和C0中，从而使得输出电压朝着参考电压方向迅速下降；当输出电压小于参考电压时，PT控制器将选择高功率脉冲，由于增加支路的存在，电路在相同时间内传送更多能量，使得输出电压朝着参考电压方向迅速升高，从而有效的解决输出电压的低频波动问题。本技术通过仿真与实验实例得以验证，仿真与实验参数如表1：表1改进型PT控制BUCK电路仿真与实验参数元件参数主电路电感L1500uH滤波电容C470uF支路电感L2100uH支路电容C020uF输入电压E20V参考电压Vref10V高功率脉冲DH0.6低功率脉冲DL0.4开关频率f20kHz负载阻抗R5Ω图3(a)是PISM软件仿真传统PT控制Buck变换器输出电压vo与驱动脉冲vG波形图,图3(b)是对应的输出电压vo与驱动脉冲vG稳态时局部波形图。图4是PISM软件仿真改进型PT控制Buck变换器输出电压vo与驱动脉冲vG波形图。从图中可以看出，输出电压幅值减小为原来的26.4％，一个周期内的驱动脉冲数明显减少；图5是实验电路PT控制Buck变换器输出电压vo与驱动脉冲vG波形图。图6是实验电路改进型PT控制Buck变换器输出电压vo与驱动脉冲vG波形图。从图中可以看出，输出电压幅值减小为原来的25.0％，一个周期内的驱动脉冲数明显减少，与仿真基本一致，输出电压低频波动现象得到有效抑制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型PT控制的Buck变换器，是由传统Buck电路、电感L2电容C0和二极管D2构成的支路以及控制电路组成，所述Buck电路工作在电感电流连续模式下，直流电源E的“+”端与MOS管Q的漏极相连；MOS管Q的源极和二极管D1的阴极以及电感L1的一端相连；电感L1的另一端和输出滤波电容C的正极以及负载R的一端相连；直流电源E的“‑”端与二极管D1的阳极、输出滤波电容C的负极以及负载R的另一端相连；所述控制电路，由电压采样电路、误差补偿电路、触发电路及驱动电路依次相连组成；其特征在于，输出滤波电容C的两端并联由电感L2、电容C0以及二极管D2组成的支路，其中电感L2的一端与电感L1的一端相连，另一端与二极管D2的阴极相连，二极管阳极与电源E的“‑”端相连，电容C0两端分别与二极管D1与D2的阴极相连。

【技术特征摘要】
1.一种改进型PT控制的Buck变换器，是由传统Buck电路、电感L2电容C0和二极管D2构成的支路以及控制电路组成，所述Buck电路工作在电感电流连续模式下，直流电源E的“+”端与MOS管Q的漏极相连；MOS管Q的源极和二极管D1的阴极以及电感L1的一端相连；电感L1的另一端和输出滤波电容C的正极以及负载R的一端相连；直流电源E的“-”端与二极管D1的阳极、输出滤波电容C的负极以及负载R的另一端相连；所述控制电路，由电压采样电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，胡清芬，徐善玉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32