本發(fā)明涉及電源變換器控制領(lǐng)域，具體是一種無功率管電流采樣的峰值電流控制電路和方法。

背景技術(shù)：

1、峰值電流控制在電源變換器中應(yīng)用廣泛，該控制的基本方式為：每個開關(guān)周期的時鐘信號將驅(qū)動信號置高，此時電感電流開始上升，同時采集功率管或電感的電流實時值與閉環(huán)控制器輸出的調(diào)制信號進行比較，當電流峰值增加到調(diào)制信號時將將驅(qū)動信號置低，開關(guān)管關(guān)閉，電感電流開始下降，等待下個時鐘信號進入下一個開關(guān)周期的循環(huán)。該控制方法采集功率管或電感電流的實時值和調(diào)制信號比較，因此每個開關(guān)周期的峰值電流均受控，改變調(diào)制信號大小即可限值電感電流的峰值，即可實現(xiàn)每個周期的能量調(diào)節(jié)，具備很高的可靠性。同時峰值電流控制方法是實時控制電感電流峰值，因此本質(zhì)實現(xiàn)了電感電流峰值的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即對外環(huán)控制換而言實現(xiàn)了電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，降低了外環(huán)控制器的控制難度。因此峰值電流控制方法在小功率到大功率的電源變換器中均有廣泛的應(yīng)用。

2、現(xiàn)有的峰值電流控制具備眾多的優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中有若干明顯的問題需要解決。首先峰值電流控制需要采樣功率管或電感的實時電流，因此對電流采樣電路的響應(yīng)速度要求很高，較慢的電流采樣會嚴重降低閉環(huán)控制的穩(wěn)定性和可靠性。當電流較小時可以使用采樣電阻對功率管電流或電感實時電流進行采樣，該方法簡單易行并具有很高的響應(yīng)速度在小功率變換器中應(yīng)用廣泛。當電流較大時電阻采樣損耗較高，若采用很小的電阻值進行采樣，雖然采樣損耗可以降低，但是采樣信號幅度很小，無法直接作為控制信號使用，還需要經(jīng)過放大電路調(diào)理，經(jīng)過調(diào)理后信號的延遲通常會顯著變大，同時大電流時采樣電阻的寄生電感和放大調(diào)理電路的性能會導(dǎo)致電感電流實時波形的失真，均會影響控制穩(wěn)定性和可靠性。此時常規(guī)的解決方法是使用電流互感器采集功率管電流，同時電流互感器原副邊電氣隔離，因此可以放置在電路中的共地或浮地端，具有很好的靈活性，但在隔離電壓等級較高的應(yīng)用中，由于電流互感器的體積較大，在空間有限的電源變換器中難以實現(xiàn)。

3、其次采集電流實時值時由于電路中寄生電容的影響，在功率管開通時通常會有電流尖峰，此時需要屏蔽該電流尖峰防止和調(diào)制信號產(chǎn)生比較導(dǎo)致功率管提前關(guān)斷，因此通常需要設(shè)置消隱時間來避開該電流尖峰，消隱時間內(nèi)不檢測實時電流值。但消隱時間過短容易誤動作，消隱時間過長在過流狀態(tài)時容易因為動作延遲過大而損壞。

4、再次如果使用電流互感器采集功率管電流，該電流通常為正值，為了讓電流互感器可以持續(xù)工作需要留有足夠的關(guān)斷時間來保證電流互感器磁復(fù)位。關(guān)斷時間過長會顯著影響變換器的最大占空比，導(dǎo)致工作范圍縮小。以上問題在電源變換器體積較小、開關(guān)頻率較高及隔離電壓等級較高時尤其明顯且難以解決。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、對于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無功率管電流采樣的峰值電流控制電路和方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種無功率管電流采樣的峰值電流控制電路，包括驅(qū)動信號產(chǎn)生電路、電感電流檢測電路、采樣保持電路、差分電壓檢測電路和電壓-電流轉(zhuǎn)換電路；

4、所述差分電壓檢測電路輸入端與輸入電壓vin、輸出電壓vout連接，差分電壓檢測電路輸出端與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路連接；

5、差分電壓檢測電路實現(xiàn)輸入電壓vin和輸出電壓vout的差值檢測，由運算放大器opa4和電阻r24、電阻r25、電阻r26、電阻r27、電阻r28、電阻r29、電阻r30組成信號調(diào)理電路；電阻r24的一端與輸入電壓vin連接，電阻r24的另一端與運算放大器opa4的輸入正極連接；電阻r25的一端與輸出電壓vout連接，電阻r25的另一端與運算放大器opa4的輸入負極連接；電阻r26的一端與運算放大器opa4的輸入正極連接，電阻r26的另一端接地；電阻r27的一端與運算放大器opa4的輸入負極連接，電阻r27的另一端與運算放大器opa4的輸出端連接；

6、運算放大器opa4的輸出端與電阻r28的一端連接，電阻r28的另一端同時與電阻r29的一端、電阻r30的一端、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的運算放大器opa1的輸入正極連接，

7、電阻r29的另一端接地，電阻r30的另一端與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的控制供電vcc正極連接，控制供電vcc負極接地；

8、所述電壓-電流轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電壓值到電流值的線性變換，由運算放大器opa1、運算放大器opa2、場效應(yīng)管q3、場效應(yīng)管q4、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電容csim以及放電開關(guān)s2組成，運算放大器opa1的輸入負極同時與場效應(yīng)管q3的源極、電阻r1的一端連接，電阻r1的另一端接地；

9、運算放大器opa1的輸出端與場效應(yīng)管q3的柵極連接，場效應(yīng)管q3的漏極同時與運算放大器opa2的輸入正極、電阻r2的一端連接，電阻r2的另一端與控制供電vcc正極連接；

10、運算放大器opa2的輸入負極同時與場效應(yīng)管q4的源極、電阻r3的一端連接，電阻r3的另一端與控制供電vcc正極連接；

11、運算放大器opa2的輸出端與場效應(yīng)管q4的柵極連接，場效應(yīng)管q4的漏極同時與電容csim的一端、放電開關(guān)s2的一端連接，電容csim的另一端和放電開關(guān)s2的另一端都接地；放電開關(guān)s2由驅(qū)動信號g2驅(qū)動控制；

12、所述采樣保持電路包括電阻rsh、采樣開關(guān)s1和保持電容csh，采樣保持電路中的保持電容csh的一端與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的場效應(yīng)管q4的漏極連接，保持電容csh的另一端同時與采樣開關(guān)s1的一端、驅(qū)動信號產(chǎn)生電路中的比較器cmp1的輸入正極連接；采樣開關(guān)s1的另一端與電阻rsh的一端連接，電阻rsh的另一端與電感電流檢測電路中的運算放大器opa3的輸出端漏極；采樣開關(guān)s1由驅(qū)動信號g2驅(qū)動控制

13、所述電感電流檢測電路由檢流電阻rsns、運算放大器opa3、電阻r19、電阻r20、電阻r21、電阻r22、電容c8、電容c9組成放大調(diào)理電路；電容c9并聯(lián)在運算放大器opa3的輸入負極、運算放大器opa3的輸出端兩端，電阻r22并聯(lián)在電容c9的兩端；

14、運算放大器opa3的輸入正極同時與電阻r19的一端、電阻r21的一端連接，電阻r21的一端的另一端接地，電容c9并聯(lián)在電阻r21的兩端；電阻r19的另一端與檢流電阻rsns的電流il的輸入連接端連接；

15、運算放大器opa3的輸入負極與電阻r20的一端連接，電阻r20的另一端與檢流電阻rsns的電流il的輸出連接端連接；

16、所述驅(qū)動信號產(chǎn)生電路中的比較器cmp1的輸入負極與調(diào)制信號vcomp連接；

17、比較器cmp1的輸出端與鎖存器rs的端口r連接，鎖存器rs的端口s與時鐘信號vclk連接，鎖存器rs的端口q和與門and的一個輸入端連接，非門not1的輸入端和時鐘信號vclk連接，非門not1的輸出端和與門and的另一個輸入端連接，與門and的輸出端輸出端和二極管d1的正極、非門not2的輸入端連接，非門not2的輸出端與二極管d2的正極連接，二極管d1的負極輸出驅(qū)動信號g1，二極管d2的負極輸出驅(qū)動信號g2。

18、作為本發(fā)明進一步的方案：所述的差分電壓檢測電路中r24＝r25，r26＝r27，電壓差值信號其中vcc為控制供電。

19、作為本發(fā)明進一步的方案：所述的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的輸出電流值由輸入信號vdiff控制，輸出電流值isim＝vdiff·gm，其中變換系數(shù)輸出電流值isim用于給電容csim充電形成線性增加的斜坡信號，斜坡信號在驅(qū)動信號g1為高的時間內(nèi)模擬電感電流的上升波形，并在驅(qū)動信號g2為高時放電；csim的值由公式得到，其中l(wèi)為電感量。

20、作為本發(fā)明進一步的方案：所述的采樣保持電路用于實現(xiàn)電感電流平均值的周期采樣，采樣環(huán)節(jié)的時間常數(shù)tsh＝rsh·csh，時間常數(shù)tsh取clk信號脈寬的1/20-1/10倍。

21、作為本發(fā)明進一步的方案：所述的電感電流檢測電路用于實現(xiàn)電感電流平均值的檢測，電感電流檢測電路中r19＝r20，r21＝r22，c8＝c9，電感電流平均值信號ilavg＝ki·il，其中系數(shù)截止頻率截止頻率通常取開關(guān)頻率的1/4-1倍。

22、作為本發(fā)明進一步的方案：所述的驅(qū)動信號用于產(chǎn)生電路實現(xiàn)pwm波的產(chǎn)生，驅(qū)動信號g1再經(jīng)過非門not2得到驅(qū)動信號g2。

23、一種無功率管電流采樣的峰值電流控制方法，其步驟如下：

24、s1、電感電流檢測電路放大調(diào)理得到電感電流的平均值；

25、s2、每個開關(guān)周期由時鐘信號clk觸發(fā)，在時鐘信號clk為高的時間內(nèi)觸發(fā)采樣開關(guān)s1閉合，采樣保持電路將電感電流平均值采樣保持到電容csh中；

26、s3、由于時鐘信號clk經(jīng)過非門后與鎖存器rs的輸出進行“與”運算，因此此時驅(qū)動信號g1并未開啟，待clk信號變?yōu)榈碗娖胶篁?qū)動信號g1開始變?yōu)楦唠娖?，?qū)動信號g2變?yōu)榈碗娖剑?/p>

27、s4、驅(qū)動信號g2變?yōu)榈碗娖胶蠓烹婇_關(guān)s2斷開，電容csim的電壓在充電電流isim的作用下線性增加，isim的值由輸入電壓vin和輸出電壓vout的差值以及偏置電壓vcc共同控制，模擬電感電流上升的波形并疊加一定的斜率補償分量，同時csim電壓和csh電壓疊加得到等效的電感電流上升階段波形信號ilsim；

28、s5、波形信號ilsim和調(diào)制信號vcomp進行比較，當ilsim信號大于vcomp信號的時刻將驅(qū)動信號g1置低且驅(qū)動信號g2置高，放電開關(guān)s2閉合將csim電容放電，電感電流進入下降階段，等待下一個周期clk信號開啟一個新的開關(guān)周期循環(huán)。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

30、本發(fā)明僅通過采樣電感電流平均值、輸入電壓值和輸出電壓值實現(xiàn)電源變換器的峰值電流控制，根據(jù)變換器的基本工作原理，通過得到輸入電壓和輸出電壓的差值并產(chǎn)生對應(yīng)的可變化的電流值或變量，該電流值給一個固定電容器充電產(chǎn)生線性增加的斜坡信號或相對應(yīng)的遞增計數(shù)值，該斜坡信號或遞增計數(shù)值模擬電感電流的上升值。同時采集電感電流的平均值以獲取斜坡信號或遞增計數(shù)值的相應(yīng)偏置量。將斜坡信號與采集的電感電流平均值相疊加，或遞增計數(shù)值與電感電流平均值相應(yīng)的偏置量疊加，得到等效的電感電流實時值，以此來模擬實際電感電流的變化，并使用該信號或變量值與閉環(huán)控制器的輸出進行比較，實現(xiàn)等效峰值電流控制。該實現(xiàn)方法省去了實時電流采樣電路，僅采樣電感電流的平均值，可降低電流采樣的難度，并可使用靈活使用低阻值的采樣電阻降低采樣損耗，減小電源變換器空間占用，有利于提高變換器功率密度、提高開關(guān)頻率和提高變換器隔離電壓等級。