组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置、方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了组合型单电感双输出开关变换器变频控制方法，根据负载电流的大小动态调节续流参考值，实现变换器的动态续流，同时采用电感电流连续导电模式和伪连续导电模式组合的方式，减小续流开关管的开关损耗和导通损耗，还公开了一种组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置。本发明专利技术在保持输出支路间交叉影响小的同时，具有稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强、负载瞬态响应速度快、效率高等优点，可用于控制单电感双输出拓扑结构的多种变换器。用于控制单电感双输出拓扑结构的多种变换器。用于控制单电感双输出拓扑结构的多种变换器。

【技术实现步骤摘要】
组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置、方法


[0001]本专利技术涉及电力电子设备
，具体的说，是一种组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置、方法。

技术介绍

[0002]近年来，便携式电子设备大规模普及，在这些设备中，不同模块往往需要不同等级的电压供电，因此，便携式设备的高速发展使人们对多路输出电源的性能提出了更高的要求。相较于传统的多路输出开关变换器，单电感多输出开关变换器具有磁性元件少、体积小、成本低等特点，同时可独立控制各条输出支路，在便携式设备中拥有广泛的应用前景。根据单位周期内电感电流的开关时序，单电感多输出开关变换器可以分为共享充电时序和独立充电时序两种。共享充电时序的原理是一个工作周期内只对电感充电一次，充电完成后再对各个输出支路的负载进行放电；独立充电时序的原理是把一个工作周期分成多个子周期，然后对每一个输出支路分配一个时间段，在每个时间段内电感通过充电和放电过程对输出支路进行供能，以此达到共用一个电感的目的。独立充电时序下，每条输出支路的充放电过程独立调节，输出支路之间的交叉影响相对较小。根据电感电流的工作模式，单电感多输出开关变换器可以分为：连续导电模式、断续导电模式和伪连续导电模式。连续导电模式的共享充电时序和独立充电时序，各个输出支路都会通过电感耦合在一起，使得一条输出支路负载变化时会影响其他支路的输出，造成交叉影响，交叉影响轻时会影响变换器的瞬态性能，严重时会影响变换器的稳定性。相比于连续导电模式独立充电时序，断续导电模式的单电感多输出开关变换器在每条输出支路的放电阶段电感电流均下降到零，随后进入零电感电流阶段直到新的周期开始，输出支路的充放电过程完全分离，消除了输出支路的交叉影响，但电感电流在每个开关周期都要回到零，电感电流的纹波较大，由此引起的输出电压纹波也较大。伪连续导电模式独立充电时序相比于连续导电模式独立充电时序，实现了输出支路的完全分离，消除了交叉影响；相比于断续导电模式独立充电时序，电感电流在每个周期没有下降到零，减小了电感电流和输出电压的纹波。但由于增加了续流开关管，续流阶段导致开关损耗和导通损耗增加，变换器的效率降低，特别是采用恒定续流参考值控制时，续流参考值的大小不会随着负载的变化而变化，导致轻载时，变换器的续流时间变长，增加了导通损耗，系统的效率降低。而导电模式、控制方法等均会影响单电感多输出开关变换器的交叉影响特性，如何通过不同的控制方法有效抑制输出支路的交叉影响、提升变换器效率是急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置、方法，用于解决现有技术中单电感多输出开关变换器独立充电时序单一导电模式中连续导电模式交叉影响严重、伪连续导电模式损耗大、效率低的问题。
[0004]本专利技术通过下述技术方案解决上述问题：
一种组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置，包括第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4，第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第二电流检测电路IS2和第三电流检测电路IS3分别连接变换器的输出支路，第一电流检测电路IS1用于检测变换器的电感电流，第二驱动电路DR2和第三驱动电路DR3分别连接变换器的支路开关管，第一驱动电路DR1连接变换器的主开关管，第四驱动电路DR4连接变换器的续流开关管，还包括脉冲产生器PG、乘法器MUL、第一电压控制器CC1、第二电压控制器CC2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第一与门AND1、第二与门AND2、第三与门AND3、方波发生器SS、第一触发器RS1、第二触发器RS2、第三触发器RS3、第四触发器RS4以及或门OR；所述第一电压检测电路VS1与第一电压控制器CC1连接，第一电压控制器CC1的输出端和第三触发器RS3的Q端共同与第一与门AND1连接，第一与门AND1的输出端连接第一触发器RS1的R端，方波发生器SS与第一触发器RS1的S端以及第三触发器RS3的S端连接；第二电压检测电路VS2和第二电压控制器CC2连接，第二电压控制器CC2的输出端和第三触发器RS3的Q!端共同与第二与门AND2连接，第二与门AND2的输出端连接第二触发器RS2的R端，第三触发器RS3的Q!端与第二触发器RS2的S端连接；第一触发器RS1的Q端和第二触发器RS2的Q端与或门OR连接，或门OR的输出端连接第一驱动电路DR1；第一电流检测电路IS1和第三触发器RS3的Q端与乘法器MUL连接，乘法器MUL的输出端以及脉冲产生器PG的输出端连接第一比较器CMP1，第一比较器CMP1的输出端连接第三触发器RS3的R端，第三触发器RS3的Q端与第二驱动电路DR2连接，第三触发器RS3的Q！端连接第三驱动电路DR3；第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3和第二与门AND2的输出端共同连接脉冲产生器PG，脉冲产生器PG的输出端和第一电流检测电路IS1连接第二比较器CMP2，第二比较器CMP2的输出端和第三触发器RS3的Q！端连接第三与门AND3，第三与门AND3的输出端连接第四触发器RS4的S端，或门OR的输出端和第四触发器RS4的R端连接，第四触发器RS4的Q端连接第四驱动电路DR4。
[0005]所述第一电压控制器CC1，包括第一误差放大器EA1和第三比较器CMP3，所述第一电压检测电路VS1的输出信号和第一电压基准值V
ref1
共同输入所述第一误差放大器EA1，第一电压检测电路VS1的输出端和第一误差放大器EA1的输出端共同连接第一比较器CMP3。
[0006]所述第二电压控制器CC2包括第二误差放大器EA2和第四比较器CMP4，所述第二电压检测电路VS2的输出信号和第二电压基准值V
ref2
共同输入所述第二误差放大器EA2，第二电压检测电路VS2的输出端和第二误差放大器EA2的输出端共同连接第二比较器CMP4。
[0007]所述脉冲产生器PG包括第五比较器CMP5、第六比较器CMP6、第四与门AND4、采样保持器S/H、第一采样系数器K1、第二采样系数器K2加法器ADD和脉冲选择器PC；所述采样保持器S/H的输入端连接所述第一电流检测电路IS1和第二与门AND2的输出端，采样保持器S/H的输出与第一采样系数器K1相连，所述第三电流检测电路IS3的输出端与第二采样系数器K2相连，第一采样系数器K1和第二采样系数器K2的输出共同连接至加法器ADD；所述第二电流检测电路IS2的输出信号和第三电压基准值V
ref3
共同输入第五比较器CMP5，所述第三电流检测电路IS3的输出信号和第四电压基准值V
ref4
共同输入第六比较器CMP6，第五比较器CMP5的输出端和第六比较器CMP6的输出端共同连接所述第四与门AND4，第四与门AND4的输出端和加法器ADD的输出端共同连接脉冲选择器PC。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置，其特征在于，包括第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4，第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第二电流检测电路IS2和第三电流检测电路IS3分别连接变换器的输出支路，第一电流检测电路IS1用于检测变换器的电感电流，第二驱动电路DR2和第三驱动电路DR3分别连接变换器的支路开关管，第一驱动电路DR1连接变换器的主开关管，第四驱动电路DR4连接变换器的续流开关管，还包括脉冲产生器PG、乘法器MUL、第一电压控制器CC1、第二电压控制器CC2、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、第一与门AND1、第二与门AND2、第三与门AND3、方波发生器SS、第一触发器RS1、第二触发器RS2、第三触发器RS3、第四触发器RS4以及或门OR；所述第一电压检测电路VS1与第一电压控制器CC1连接，第一电压控制器CC1的输出端和第三触发器RS3的Q端共同与第一与门AND1连接，第一与门AND1的输出端连接第一触发器RS1的R端，方波发生器SS与第一触发器RS1的S端以及第三触发器RS3的S端连接；第二电压检测电路VS2和第二电压控制器CC2连接，第二电压控制器CC2的输出端和第三触发器RS3的Q!端共同与第二与门AND2连接，第二与门AND2的输出端连接第二触发器RS2的R端，第三触发器RS3的Q!端与第二触发器RS2的S端连接；第一触发器RS1的Q端和第二触发器RS2的Q端与或门OR连接，或门OR的输出端连接第一驱动电路DR1；第一电流检测电路IS1和第三触发器RS3的Q端与乘法器MUL连接，乘法器MUL的输出端以及脉冲产生器PG的输出端连接第一比较器CMP1，第一比较器CMP1的输出端连接第三触发器RS3的R端，第三触发器RS3的Q端与第二驱动电路DR2连接，第三触发器RS3的Q！端连接第三驱动电路DR3；第一电流检测电路IS1、第二电流检测电路IS2、第三电流检测电路IS3和第二与门AND2的输出端共同连接脉冲产生器PG，脉冲产生器PG的输出端和第一电流检测电路IS1连接第二比较器CMP2，第二比较器CMP2的输出端和第三触发器RS3的Q！端连接第三与门AND3，第三与门AND3的输出端连接第四触发器RS4的S端，或门OR的输出端和第四触发器RS4的R端连接，第四触发器RS4的Q端连接第四驱动电路DR4。2.根据权利要求1所述的组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置，其特征在于，所述第一电压控制器CC1，包括第一误差放大器EA1和第三比较器CMP3，所述第一电压检测电路VS1的输出信号和第一电压基准值V
ref1
共同输入所述第一误差放大器EA1，第一电压检测电路VS1的输出端和第一误差放大器EA1的输出端共同连接第一比较器CMP3。3.根据权利要求1所述的组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置，其特征在于，所述第二电压控制器CC2包括第二误差放大器EA2和第四比较器CMP4，所述第二电压检测电路VS2的输出信号和第二电压基准值V
ref2
共同输入所述第二误差放大器EA2，第二电压检测电路VS2的输出端和第二误差放大器EA2的输出端共同连接第二比较器CMP4。4.根据权利要求1所述的组合型单电感双输出开关变换器变频控制装置，其特征在于，所述脉冲产生器PG包括第五比较器CMP5、第六比较器CMP6、第四与门AND4、采样保持器S/H、第一采样系数器K1、第二采样系数器K2加法器ADD和脉冲选择器PC；所述采样保持器S/H的输入端连接所述第一电流检测电路IS1和第二与门AND2的输出端，采样保持器S/H的输出与第一采样系数器K1相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺明智，林润泽，周述晗，唐嵩峰，刘雪山，陈雨竹，周群，杨成，王指香，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：