專利名稱：一種ac-dc變換器的控制方法及其控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電壓變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種AC-DC (交流-直流)變換器的控制方法及其控制器。
背景技術(shù)：
隨著電池充電器、LED驅(qū)動電路等的發(fā)展，AC-DC變換器的設(shè)計技術(shù)芯片也得到了飛速發(fā)展。對AC-DC變換器芯片的集成度要求也在逐漸提高，設(shè)計者被要求盡量少地使用片外器件，以減小硬件開銷和變換器整體體積。圖I是傳統(tǒng)的基于副邊反饋AC-DC變換器。如圖所示該芯片采用光耦隔離反饋方式，負(fù)載電阻上的輸出電壓通過光電耦合器，傳遞到變壓器原邊作為反饋電壓，并通過控制器去調(diào)節(jié)輸出電壓，這種反饋方式不僅需要一個片外光電耦合器，增加了開銷，而且光電耦合器的電流傳輸比受溫度的影響較大，隨著溫度的變化，電流傳輸比會呈非線性變化，導(dǎo)致對輸出電壓的采樣出現(xiàn)誤差，影響輸出電壓精度，這種影響在負(fù)載較重發(fā)熱較大的電源中最為明顯。如圖2所示的基于原邊反饋的AC-DC變換器被廣泛采用。圖中反饋電壓是從變換器中變壓器的輔助繞組上采樣得到，其特點是在不用光電耦合器的情況下也實現(xiàn)原邊和副邊的隔離，但是由于輔助繞組電壓Vsense非直流電壓，因此在芯片內(nèi)部設(shè)計一個采樣保持電路，在一個固定的采樣點去采樣來得到反饋量Vfb，但是實際情況下，采樣保持電路可能并不十分精確，這個固定的采樣點無法跟蹤拐點電壓，二極管壓降的影響會導(dǎo)致采樣的不精準(zhǔn)。根據(jù)上述的情況可知現(xiàn)有的采樣反饋技術(shù)，其輸出的反饋量Vfb對應(yīng)的反饋電壓與變換器輸出電壓之間存在一定誤差。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)對該誤差進(jìn)行補償。反饋量的誤差直接影響輸出電壓的精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(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變換器的控制方法及其控制器，能夠得到相對精確的反饋量以控制變換器的輸出電壓。一種AC-DC變換器的控制方法，包括如下步驟(I)采集AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號Vsense,并獲取AC-DC變換器上一周期的反饋量VFB[i-l]；(2)對所述的反饋量VFB[i_l]數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到反饋電壓VI，并將反饋電壓Vl的幅值抬升一個固定電壓值后得到比較電壓V2 ；(3)將所述的輔助繞組電壓信號Vsmse分別與反饋電壓Vl和比較電壓V2進(jìn)行比較，分別得到兩個比較信號Vsi和Vs2 ；(4)計算出兩個比較信號Vsi和Vs2的下降沿時間差A(yù)t，并將下降沿時間差A(yù)t與基準(zhǔn)時間差A(yù)tMf進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值確定調(diào)節(jié)量A Vfb，進(jìn)而通過反饋補償算法利用調(diào)節(jié)量AVfb對反饋量Vfb[i-1]進(jìn)行調(diào)節(jié)補償，以求得AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量Vfb [i];(5)根據(jù)所述的反饋量VFB[i]構(gòu)造出PWM信號，以控制AC-DC變換器中開關(guān)管的通斷。所述的反饋補償算法基于如下算式當(dāng)At〉A(chǔ)tref 時VFB[i] = VFB[i-l]-A Vfb當(dāng)At = Atref 時VFB[i] = Vfb[i-1]當(dāng)At < Atref W VFB [i] = Vfb [i_l]+ A Vfb 其中基準(zhǔn)時間差 Atref 為預(yù)設(shè)的給 定值；At與Atref相差越大，AVfb也越大。一種AC-DC變換器的控制器，包括原邊采樣電路和數(shù)字補償器；所述的數(shù)字補償器用于根據(jù)原邊采樣電路輸出的AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量VFB[i]構(gòu)造出PWM信號，以控制AC-DC變換器中開關(guān)管的通斷；所述的原邊米樣電路包括一波形實時分析模塊、一單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器和兩個比較器；所述的單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收波形實時分析模塊輸出的AC-DC變換器上一周期的反饋量VFB[i-l]，對反饋量VFB[i-l]數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到反饋電壓Vl并輸出，將反饋電壓Vl的幅值抬升一個固定電壓值后得到比較電壓V2并輸出；兩個比較器分別將反饋電壓Vl和比較電壓V2與AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號Vsense進(jìn)行比較，分別得到兩個比較信號Vsi和Vs2 ；所述的波形實時分析模塊用于計算出兩個比較信號Vsi和Vs2的下降沿時間差A(yù)t，并將下降沿時間差A(yù)t與基準(zhǔn)時間差A(yù)tref進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值確定調(diào)節(jié)量AVfb，進(jìn)而通過反饋補償算法利用調(diào)節(jié)量AVfb對反饋量Vfb [i-1]進(jìn)行調(diào)節(jié)補償，以求得AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量Vfb [i]。優(yōu)選地，所述的單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器由兩個多路選擇器和一串分壓電阻構(gòu)建，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用電阻線性分壓構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易，并且電阻的匹配精度很高，保證分壓具有良好的線性度。優(yōu)選地，所述的波形實時分析模塊和數(shù)字補償器均通過FPGA編程實現(xiàn)，F(xiàn)PGA編程具有較強的靈活性，方便對于時鐘精度的控制和調(diào)節(jié)，具有良好的可重復(fù)性。本發(fā)明通過采集AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號，并采用高精度的原邊反饋技術(shù)，自動補償反饋量，以獲得精確的反饋量，進(jìn)而構(gòu)造出PWM信號以驅(qū)動AC-DC變換器中的開關(guān)管，最終實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)變換器輸出電壓的目的；故本發(fā)明方法計算得到反饋量的精度，進(jìn)而保證了 AC-DC變換器輸出電壓的精度；同時本發(fā)明控制器采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(而非模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，相比較之下，降低了設(shè)計難度，節(jié)省了消耗的面積。


圖I為AC-DC變換器及其基于副邊反饋的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為AC-DC變換器及其基于原邊反饋的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明AC-DC變換器及其控制結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為AC-DC變換器中信號Is、Vsense和PWM的工作波形示意圖。
圖5為本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7(a)為反饋量對應(yīng)拐點電壓時各信號的波形示意圖。圖7(b)為反饋量相對拐點電壓過大時各信號的波形示意圖。圖7(c)為反饋量相對拐點電壓過小時各信號的波形示意圖。圖8為本發(fā)明反饋補償算法的流程示意圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明控制方法及其控制器進(jìn)行詳細(xì)說明。 圖3所示了本發(fā)明AC-DC變換器及其控制器的結(jié)構(gòu)，AC-DC變換器由半波整流器BR、變壓器T、開關(guān)管Q、二極管D和電容C組成；其中，半波整流器BR的正負(fù)輸入端接交流電壓AC，正輸出端與變壓器T原邊繞組Np的同名端相連，負(fù)輸出端接地；變壓器T原邊繞組Np的非同名端與開關(guān)管Q的漏極相連，開關(guān)管Q的源極接地，開關(guān)管Q的柵極接收控制器提供的PWM信號，變壓器T副邊繞組Ns的非同名端與二極管D的陽極相連，二極管D的陰極與電容C的一端相連，電容C的另一端與變壓器T副邊繞組Ns的同名端相連并接地，變壓器T輔助繞組Naux的非同名端連接有電阻R1，變壓器T輔助繞組Naux的同名端接地，電阻R1通過與電阻R2串聯(lián)后接地；電容C的兩端為AC-DC變換器的輸出端口，AC-DC變換器的輸出端口接負(fù)載R，負(fù)載R兩端的電壓為AC-DC變換器的輸出電壓No?？刂破靼ㄔ叢蓸与娐泛蛿?shù)字補償器；原邊采樣電路采集AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號Vse■，并根據(jù)該信號輸出AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量VFB[i];數(shù)字補償器根據(jù)原邊采樣電路輸出的反饋量VFB[i]構(gòu)造出PWM信號，以控制AC-DC變換器中開關(guān)管Q的通斷。圖4所示了 AC-DC變換器工作時各信號的基本波形，其中Is為輸出繞組電流；當(dāng)PWM為I時，開關(guān)管Q開通，原邊繞組電流Ip逐漸上升，變壓器T在原邊繞組Np上存儲能
N
量，輔助繞組電圧VYn為負(fù)值(N■和Np分別為輔助繞組和原邊繞組的線圈匝
JNp
數(shù))，輸出繞組(即副邊繞組Ns)兩端電壓Vs也為負(fù)電壓，此時二極管D關(guān)斷，輸出繞組上的電流Is為0，負(fù)載R由輸出電容C供電。當(dāng)PWM為0時，開關(guān)管Q關(guān)斷，二極管D導(dǎo)通，存儲在原邊繞組Np上的能量被轉(zhuǎn)移到輸出繞組，輸出繞組電流Is迅速上升到峰值Isp后開始逐漸下降，下降斜率跟輸出繞組兩端
N
電壓Vs相關(guān)。當(dāng)Is未降到零之前,其中VD是二極管D的
N
壓降，Rp是導(dǎo)線和二極管D的寄生電阻。當(dāng)電流Is等于零的時刻，Vd = 0，則，
丄N S
該時刻點電壓記為拐點電壓(knee voltage) 0當(dāng)Is電流降到0之后，由于開關(guān)管Q未導(dǎo)通，原邊繞組Np和開關(guān)管Q的寄生電容之間會發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振周期由原邊繞組Np電感和開關(guān)管Q的寄生電容大小所決定，在這一階段
權(quán)利要求
1.一種AC-DC變換器的控制方法，包括如下步驟 (1)采集AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號Vsmse,并獲取AC-DC變換器上一周期的反饋量 VFB[i-l]； (2)對所述的反饋量Vfb[i-1]數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到反饋電壓VI，并將反饋電壓Vl的幅值抬升一個固定電壓值后得到比較電壓V2 ； (3)將所述的輔助繞組電壓信號Vsmse分別與反饋電壓Vl和比較電壓V2進(jìn)行比較，分別得到兩個比較信號Vsi和Vs2 ； (4)計算出兩個比較信號Vsi和Vs2的下降沿時間差A(yù)t，并將下降沿時間差A(yù)t與基準(zhǔn)時間差A(yù)tref進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值確定調(diào)節(jié)量AVfb，進(jìn)而通過反饋補償算法利用調(diào)節(jié)量AVfb對反饋量Vfb[i-1]進(jìn)行調(diào)節(jié)補償，以求得AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量Vfb [i]; (5)根據(jù)所述的反饋量Vfb[i]構(gòu)造出PWM信號，以控制AC-DC變換器中開關(guān)管的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的AC-DC變換器的控制方法，其特征在于所述的反饋補償算法基于如下算式當(dāng) At〉A(chǔ) tref 時:VFB[i] = Vfb [i_l]-A Vfb ;當(dāng) A t = A tref 時VFB[i] = Vfb [i-1]；當(dāng) At< A tref 時VFB[i] = VFB[i-l] +A VFBo
3.—種AC-DC變換器的控制器，包括原邊采樣電路和數(shù)字補償器；所述的數(shù)字補償器用于根據(jù)原邊采樣電路輸出的AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量VFB[i]構(gòu)造出PWM信號，以控制AC-DC變換器中開關(guān)管的通斷；其特征在于 所述的原邊采樣電路包括一波形實時分析模塊、一單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器和兩個比較器； 所述的單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收波形實時分析模塊輸出的AC-DC變換器上一周期的反饋量VFB[i-l]，對反饋量VFB[i-l]數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到反饋電壓Vl并輸出，將反饋電壓Vl的幅值抬升一個固定電壓值后得到比較電壓V2并輸出； 兩個比較器分別將反饋電壓Vl和比較電壓V2與AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號Vsense進(jìn)行比較，分別得到兩個比較信號Vsi和Vs2 ； 所述的波形實時分析模塊用于計算出兩個比較信號Vsi和Vs2的下降沿時間差A(yù)t，并將下降沿時間差A(yù)t與基準(zhǔn)時間差A(yù)tMf進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值確定調(diào)節(jié)量AVfb，進(jìn)而通過反饋補償算法利用調(diào)節(jié)量A Vfb對反饋量Vfb[i-1]進(jìn)行調(diào)節(jié)補償，以求得AC-DC變換器當(dāng)前周期的反饋量Vfb [i]。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的AC-DC變換器的控制器，其特征在于所述的單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器由兩個多路選擇器和一串分壓電阻構(gòu)建。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的AC-DC變換器的控制器，其特征在于所述的波形實時分析模塊和數(shù)字補償器均通過FPGA編程實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AC-DC變換器的控制方法，其通過采集AC-DC變換器的輔助繞組電壓信號，并采用高精度的原邊反饋技術(shù)，自動補償反饋量，以獲得精確的反饋量，進(jìn)而構(gòu)造出PWM信號以驅(qū)動AC-DC變換器中的開關(guān)管，最終實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)變換器輸出電壓的目的；故本發(fā)明方法計算得到反饋量的精度，進(jìn)而保證了AC-DC變換器輸出電壓的精度。本發(fā)明還公開了一種AC-DC變換器的控制器，包括原邊采樣電路和數(shù)字補償器；原邊采樣電路包括波形實時分析模塊、單輸入雙輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器和兩個比較器；能夠得到相對精確的反饋量，其采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(而非模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，相比較之下，降低了設(shè)計難度，節(jié)省了消耗的面積。
文檔編號H02M7/12GK102801340SQ201210295489
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者何樂年, 劉侃, 邱建平 申請人:浙江大學(xué)