基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路及其控制方法。
【背景技術】
[0002]在Buck型電路中，一般包括功率級電路和控制電路，所述的控制電路控制功率級電路主功率開關管的開關狀態(tài)，以調(diào)節(jié)輸出電壓，輸出電壓低于輸入電壓?？刂齐娐沸枰鶕?jù)輸出電壓的變化，反饋控制主功率開關管的開關狀態(tài)。
[0003]如圖1所示，為現(xiàn)有技術的輸出電壓控制模式，即采樣輸出電壓，并將其與參考信號進行誤差放大處理，得到誤差放大信號νΕ，將誤差放大信號Ve與三角波信號進行比較，從而得到控制功率級電路主功率開關管的占空比信號。其缺點是對輸入電壓的變化動態(tài)響應較慢，當輸入電壓突變時，由于電路中較大的輸出電容和電感的延時作用，輸出電壓變化本身需要延時滯后，而其改變的信息還要通過電壓誤差電路延時滯后，才能形成控制信號，進行輸出電壓的調(diào)節(jié)。
[0004]如圖2所示，為一種輸入電壓前饋的控制模式，將輸入電壓取樣后與已有的三角波信號相加，該信號再和輸出電壓誤差放大信號Ve(由輸出電壓與參考信號誤差放大處理得到)進行比較，當該信號大于誤差放大信號時，比較器輸出為高電平，相應的后端RS觸發(fā)器輸出為低電平，即關斷控制信號，當時鐘周期再次到來時，RS觸發(fā)器輸出為高電平，從而產(chǎn)生電路所需的控制信號。這種方案所采用的輸入電壓前饋技術能夠提高系統(tǒng)的動態(tài)響應，當輸入電壓跳變時，閉環(huán)系統(tǒng)能夠較快地響應調(diào)節(jié)，但動態(tài)波動幅值較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路及其控制方法，用以解決現(xiàn)有技術存在的動態(tài)響應慢、動態(tài)波動幅值較大的技術問題。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是，提供一種以下結構的基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路，包括功率級電路和控制電路，所述的功率級電路包括主功率開關管，所述的控制電路控制功率級電路主功率開關管的開關狀態(tài)，以使功率級電路輸出低于輸入電壓的輸出電壓；
[0007]所述的控制電路包括輸出電壓反饋電路和三角波產(chǎn)生電路，所述的輸出電壓反饋電路采樣功率級電路的輸出電壓并與參考信號進行誤差放大處理，得到誤差放大信號；采樣輸入電壓得到與輸入電壓成正比例的輸入電壓采樣信號，所述的三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生三角波信號，三角波產(chǎn)生電路接收所述的輸入電壓采樣信號，并根據(jù)輸入電壓采樣信號確定三角波信號的峰值；
[0008]所述的誤差放大信號與三角波信號進行比較，得到用于關斷主功率開關管的關斷信號；所述的控制電路接收脈沖信號用于開通主功率開關管。
[0009]優(yōu)選地，正常工作時，所述三角波信號的峰值與輸入電壓成正比例。
[0010]優(yōu)選地，所述的三角波產(chǎn)生電路包括第一開關以及相互并聯(lián)的壓控電流源和第一電容，所述第一開關的兩端分別連接在第一電容的兩端，以對第一電容放電；在一個開關周期內(nèi)，主功率開關管開始導通時刻，第一開關瞬時導通對第一電容放電，再由壓控電流源對第一電容充電，直至所述三角波信號達到峰值。
[0011]優(yōu)選地，當三角波信號的峰值等于輸入電壓采樣信號時，則壓控電流源的大小等于第一電容的容值與輸入電壓采樣信號的值之積除以主功率開關管的開關周期。
[0012]本發(fā)明另一技術解決方案是，提供另一種以下結構的基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路的控制方法，所述的Buck降壓型電路包括功率級電路和控制電路，所述的功率級電路包括主功率開關管，所述的控制電路控制功率級電路主功率開關管的開關狀態(tài)，以使功率級電路輸出低于輸入電壓的輸出電壓；
[0013]采樣功率級電路的輸出電壓并與參考信號進行誤差放大處理，得到誤差放大信號；
[0014]產(chǎn)生三角波信號，采樣輸入電壓得到與輸入電壓成正比例的輸入電壓采樣信號，根據(jù)輸入電壓采樣信號確定三角波信號的峰值；
[0015]所述的誤差放大信號與三角波信號進行比較，得到用于關斷主功率開關管的關斷信號；所述的控制電路接收脈沖信號用于開通主功率開關管。
[0016]優(yōu)選地，正常工作時，所述三角波信號的峰值與輸入電壓成正比例。
[0017]采用本發(fā)明的電路結構，與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:本發(fā)明采用輸入電壓前饋的控制方式，將與輸入電壓成正比例的輸入電壓采樣信號作為三角波信號產(chǎn)生電路中壓控電流源的控制信號，使得三角波信號的峰值與輸入電壓成正比例關系，三角波信號與誤差放大信號進行比較，以得到用于關斷主功率開關管的關斷信號，正常工作時，輸出電壓僅與輸入電壓的采樣系數(shù)相關，而與輸入電壓之間無直接關聯(lián)，因此輸入電壓的波動對輸出電壓影響較小，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應，同時降低了輸出電壓動態(tài)波動幅值。
【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術輸出電壓反饋控制的工作波形圖；
[0019]圖2為現(xiàn)有技術輸入電壓前饋控制的工作波形圖；
[0020]圖3為本發(fā)明基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路的電路結構圖；
[0021]圖4為圖3相應的工作波形圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。
[0023]為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0024]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。需說明的是，附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0025]參考圖1所示，示意了現(xiàn)有技術輸出電壓反饋控制的工作波形，圖中示意了兩個開關周期，Ve為輸出電壓與相應的參考信號進行誤差處理后得到了誤差放大信號；將誤差放大信號Ve與三角波信號V 較產(chǎn)生相應的PWM信號，用于控制主功率開關管的通斷。以第一個開關周期為參照，誤差放大信號發(fā)生變化，并進行輸出電壓反饋，使得第二個開關周期的占空比相對于第一個開關周期變化，開關周期的時間不變。隊為第一個開關周期的占空比，D2為第二個開關周期的占空比，T s為整個開關周期的時間。
[0026]正如【背景技術】所述，以上現(xiàn)有技術的輸出電壓反饋，由于電路中較大的輸出電容和電感的延時作用，輸出電壓變化本身需要延時滯后，因此動態(tài)響應較慢。
[0027]參考圖2所示，示意了現(xiàn)有技術輸入電壓前饋控制的工作波形，圖中示意了兩個開關周期，Ve為輸出電壓與相應的參考信號進行誤差處理后得到了誤差放大信號;VR為三角波信號，采樣輸入電壓并將其與三角波信號Vk疊加后，再與誤差放大信號V 較產(chǎn)生相應的PWM信號，用于控制主功率開關管的通斷。
[0028]由于在三角波信號上疊加了輸入電壓的米樣信號，在輸入電壓變化時，以第一個開關周期為參照，使得第二個開關周期的占空比相對于第一個開關周期變化，開關周期的時間不變。D1S第一個開關周期的占空比，02為第二個開關周期的占空比，Ts為整個開關周期的時間。該現(xiàn)有技術雖然能在輸入電壓跳變時嗎，能夠較快地響應調(diào)節(jié)，但動態(tài)波動幅值較大。
[0029]參考圖3所示，示意了本發(fā)明基于輸入電壓前饋控制的Buck降壓型電路的電路結構，包括功率級電路和控制電路，所述的功率級電路包括主功率開關管M、電感L和續(xù)流二極管D，所述的控制電路控制功率級電路主功率開關管M的開關狀態(tài)，以使功率級電路輸出低于輸入電壓Vin的輸出電壓V OTt。
[0030]所述的控制電路包括一個RS觸發(fā)器，在RS觸發(fā)器的置位端(S端)接收脈沖