專利名稱：一種ac-dc變換器輸出電壓的控制方法及其控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種AC-DC變換器輸出電壓的控制方法及其控制器。
背景技術(shù)：
隨著便攜式電子設(shè)備的快速發(fā)展，交流-直流(AC-DC)變換器芯片也得到了飛速發(fā)展。對(duì)AC-DC變換器的模塊化要求也在逐漸提高，這就迫使芯片設(shè)計(jì)者需要盡量少的去使用片外器件，以減小硬件開銷和變換器的體積。傳統(tǒng)基于副邊反饋的AC-DC變換器如圖1所示，其采用光耦隔離反饋方式，變換器中負(fù)載電阻上的輸出電壓通過光耦傳遞到原邊作為反饋電壓供控制器去調(diào)節(jié)輸出電壓，這種反饋方式需要額外的一個(gè)光耦進(jìn)行隔離，增大了硬件開銷以及變換器的體積。為了解決這個(gè)問題，如圖2所示的基于原邊反饋的AC-DC變換器被廣泛采用，反饋電壓不是直接從負(fù)載電阻上去采樣，而是從變換器中變壓器的輔助繞組上去采樣，該方法在不用光耦的情況下也能實(shí)現(xiàn)原邊和副邊的隔離。由于輔助繞組電壓Vsmse非直流電壓，其波形如圖5所示，因此需要一個(gè)額外的采樣保持電路，在一個(gè)固定的采樣點(diǎn)去采樣Vsmse來得到反饋量VFB。但在實(shí)際情況下，該采樣保持電路并不精確可靠，其輸出的反饋量對(duì)應(yīng)的反饋電壓與變換器輸出電壓之間是存在誤差的，該誤差隨著系統(tǒng)的負(fù)載條件以及片外器件參數(shù)變化而變化，無法在片內(nèi)對(duì)該誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種AC-DC變換器輸出電壓的控制方法及其控制器，能夠得到精確的反饋量來控制變換器的輸出電壓，減小變換器的成本和開銷。一種AC-DC變換器輸出電壓的控制方法，包括如下步驟(1)采集變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，并獲取變換器上一周期的反饋量和反饋電壓；(2)將所述的輔助繞組電壓信號(hào)分別與零電平和變換器上一周期的反饋電壓進(jìn)行比較，并分別得到零比較信號(hào)和反饋比較信號(hào)；(3)根據(jù)所述的輔助繞組電壓信號(hào)、零比較信號(hào)、反饋比較信號(hào)和變換器上一周期的反饋量，通過拐點(diǎn)跟蹤補(bǔ)償法求得變換器當(dāng)前周期的反饋量；所述的拐點(diǎn)跟蹤補(bǔ)償法的關(guān)系表達(dá)式如下當(dāng)Vsense 彡 Vfflax 時(shí)VFB[n] = VFBfflax當(dāng)Vsense ( Vfflin 時(shí)VFB[n] = VFBfflin當(dāng)Vmin < Vsense < Vfflax 時(shí)若 t。-tf = Tr/4,則 VFB[n] = VFBtl]；若 t。_tf > Tr/4,則 VFB[n] = VFB[n_irl ；若 tQ-tf < Tr/4，則 VFB[n] = VFBtl]+!；
其中-Ms艦為變換器的輔助繞組電壓；VFB[n]為變換器當(dāng)前周期的反饋量；Vmax和 Vmin分別為第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓，VFBmax和VFBmin分別為反饋量的最大值和最小值， 且均為實(shí)際經(jīng)驗(yàn)值；、為零比較信號(hào)波形第一個(gè)下降沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，tf為反饋比較信號(hào)波形第一個(gè)下降沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；Tr為輔助繞組電壓信號(hào)的諧振周期，VFBtl]為變換器上一周期的反饋量；(4)根據(jù)變換器當(dāng)前周期的反饋量，計(jì)算出變換器中開關(guān)管PWM(脈沖寬度調(diào)制) 信號(hào)的占空比，進(jìn)而根據(jù)占空比輸出對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)，以控制變換器中開關(guān)管的通斷。一種AC-DC變換器輸出電壓的控制器，包括電壓采樣單元，用于采集變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，并根據(jù)該信號(hào)輸出變換器當(dāng)前周期的反饋量；數(shù)字補(bǔ)償單元，用于根據(jù)變換器當(dāng)前周期的反饋量，計(jì)算出變換器中開關(guān)管PWM 信號(hào)的占空比；數(shù)字脈沖調(diào)制單元，用于根據(jù)所述的占空比輸出對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)，以控制變換器中開關(guān)管的通斷。所述的電壓采樣單元包括四個(gè)比較器、一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個(gè)采樣時(shí)間檢測(cè)模塊和一個(gè)反饋量計(jì)算模塊；其中，四個(gè)比較器的正相輸入端均接收變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，四個(gè)比較器的輸出端分別與采樣時(shí)間檢測(cè)模塊的四個(gè)輸入端相連，采樣時(shí)間檢測(cè)模塊的輸出端與反饋量計(jì)算模塊的輸入端相連，反饋量計(jì)算模塊的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端相連并輸出變換器的反饋量，第一比較器的反相輸入端接收給定的第一基準(zhǔn)電壓，第二比較器的反相輸入端接收給定的第二基準(zhǔn)電壓，第三比較器的反相輸入端接收零電平，第四比較器的反相輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端相連并接收變換器上一周期的反饋電壓。本發(fā)明通過采集變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，并采用拐點(diǎn)跟蹤技術(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償反饋量，以獲得精確的反饋量，進(jìn)而控制調(diào)節(jié)變換器的輸出電壓，故本發(fā)明的控制方法采樣精度高，且采樣精度不受片外器件參數(shù)的影響；本發(fā)明的控制器能夠減小變換器的成本和開銷，保證器件的模塊化。


圖1為傳統(tǒng)基于副邊反饋的AC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)基于原邊反饋的AC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為采用本發(fā)明的AC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明控制器中電壓采樣單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為傳統(tǒng)基于原邊反饋的AC-DC變換器的工作波形示意圖。圖6(a)為變換器輔助繞組電壓信號(hào)諧振周期的檢測(cè)波形示意圖。圖6(b)為變換器輔助繞組電壓信號(hào)的狀態(tài)級(jí)示意圖。圖7(a)為Vfb等于拐點(diǎn)電壓時(shí)的各種波形示意圖。圖7(b)為Vfb高于拐點(diǎn)電壓時(shí)的各種波形示意圖。圖7(c)為Vfb低于拐點(diǎn)電壓時(shí)的各種波形示意圖。圖8為本發(fā)明拐點(diǎn)跟蹤技術(shù)的步驟流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的控制器及其控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖5為基于原邊反饋的AC-DC變換器工作時(shí)的基本波形，其中Is為輸出繞組(副邊繞組)電流，Vsense為輔助繞組電壓，PWM為開關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如圖3和圖5所示，當(dāng)PWM為1時(shí)，開關(guān)管Ql開通，原邊繞組電流Ip逐漸上升，變
壓器Tl在原邊存儲(chǔ)能量，輔助繞組電壓
權(quán)利要求
1.一種AC-DC變換器輸出電壓的控制方法，包括如下步驟(1)采集變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，并獲取變換器上一周期的反饋量和反饋電壓；(2)將所述的輔助繞組電壓信號(hào)分別與零電平和變換器上一周期的反饋電壓進(jìn)行比較，并分別得到零比較信號(hào)和反饋比較信號(hào)；(3)根據(jù)所述的輔助繞組電壓信號(hào)、零比較信號(hào)、反饋比較信號(hào)和變換器上一周期的反饋量，通過拐點(diǎn)跟蹤補(bǔ)償法求得變換器當(dāng)前周期的反饋量；(4)根據(jù)變換器當(dāng)前周期的反饋量，計(jì)算出變換器中開關(guān)管PWM信號(hào)的占空比，進(jìn)而根據(jù)占空比輸出對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)，以控制變換器中開關(guān)管的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AC-DC變換器輸出電壓的控制方法，其特征在于所述的拐點(diǎn)跟蹤補(bǔ)償法的關(guān)系表達(dá)式如下當(dāng) V ^ V 時(shí)-VFBr π = VFB二 “ sense “ max hJ · ‘1 “ LnJ “1 "max當(dāng) V 彡 V .時(shí)-VFBr π = VFB .二 “ sense ~~~~~ “ mm hJ · “1 “ LnJ “1 ljIiiin當(dāng) Vmin < Vsense < Vfflax 時(shí)若 t。-tf = Tr/4,則 VFB[n] = VFBm ；若 t。_tf > Tr/4,則 VFB[n] =VFB[n_irl ；若 tQ-tf < Tr/4，則 VFB[n] = VFB；其中=Vsmse為變換器的輔助繞組電壓；VFB[n]為變換器當(dāng)前周期的反饋量；Vmax和Vmin分別為第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓，VFBfflax和VFBmin分別為反饋量的最大值和最小值；、為零比較信號(hào)波形第一個(gè)下降沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，tf為反饋比較信號(hào)波形第一個(gè)下降沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；Tr為輔助繞組電壓信號(hào)的諧振周期，VFBtl]為變換器上一周期的反饋量。
3.—種AC-DC變換器輸出電壓的控制器，其特征在于，包括電壓采樣單元，用于采集變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，并根據(jù)該信號(hào)輸出變換器當(dāng)前周期的反饋量；數(shù)字補(bǔ)償單元，用于根據(jù)變換器當(dāng)前周期的反饋量，計(jì)算出變換器中開關(guān)管PWM信號(hào)的占空比；數(shù)字脈沖調(diào)制單元，用于根據(jù)所述的占空比輸出對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)，以控制變換器中開關(guān)管的通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的AC-DC變換器輸出電壓的控制器，其特征在于所述的電壓采樣單元包括四個(gè)比較器、一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個(gè)采樣時(shí)間檢測(cè)模塊和一個(gè)反饋量計(jì)算模塊；其中，四個(gè)比較器的正相輸入端均接收變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，四個(gè)比較器的輸出端分別與采樣時(shí)間檢測(cè)模塊的四個(gè)輸入端相連，采樣時(shí)間檢測(cè)模塊的輸出端與反饋量計(jì)算模塊的輸入端相連，反饋量計(jì)算模塊的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端相連并輸出變換器的反饋量，第一比較器的反相輸入端接收給定的第一基準(zhǔn)電壓，第二比較器的反相輸入端接收給定的第二基準(zhǔn)電壓，第三比較器的反相輸入端接收零電平，第四比較器的反相輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端相連并接收變換器上一周期的反饋電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AC-DC變換器輸出電壓的控制方法，其通過采集變換器的輔助繞組電壓信號(hào)，采用拐點(diǎn)跟蹤技術(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償反饋量，以獲得精確的反饋量，進(jìn)而根據(jù)反饋量輸出PWM信號(hào)控制變換器中開關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)變換器輸出電壓的調(diào)制；同時(shí)本發(fā)明還公開了一種AC-DC變換器輸出電壓的控制器，包括電壓采樣單元、與電壓采樣單元相連的數(shù)字補(bǔ)償單元和與數(shù)字補(bǔ)償單元相連的數(shù)字脈沖調(diào)制單元。故本發(fā)明的控制方法采樣精度高，且采樣精度不受片外器件參數(shù)的影響；且本發(fā)明的控制器能夠減小變換器的成本和開銷，保證器件的模塊化。
文檔編號(hào)H02M7/162GK102427300SQ20111030431
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者何樂年, 林玲, 邱建平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)