一種提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度的方法及控制單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高輸出響應(yīng)速度的方法及相應(yīng)的控制單元。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)大功率開關(guān)電源一般使用模擬電路實現(xiàn)，采用運放補(bǔ)償電路實現(xiàn)CV(電壓模式)、cc(電流模式)。電流采樣通常為電感電流，利用電感電流不能突變，近似把電感電流作為一個恒流源，從而使二階系統(tǒng)變?yōu)橐浑A，使其更容易控制。然而這種電流采樣方式存在一個問題，因為電感電流等于負(fù)載電流加輸出電容電流，而輸出電容電流與其電壓對時間的變化率成比例，當(dāng)輸出電壓變化時，電容電流的變化遠(yuǎn)大于負(fù)載電流，這導(dǎo)致總的采樣電流遠(yuǎn)大電流環(huán)設(shè)定電流，而誤觸發(fā)電流環(huán)，以恒流方式給輸出電容充電，直到輸出電壓建立或者退出電流環(huán)。當(dāng)CC電流設(shè)定很小，就意味著需要很長時間才能達(dá)到設(shè)定電壓。也就是說傳統(tǒng)方案輸出電壓的建立時間受限于設(shè)定電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提供了一種提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度的方法，其特征在于采用數(shù)字控制方式，采樣輸出電壓和輸出電感電流，估算輸出電容電流，利用負(fù)載電流與輸出電感電流和輸出電容電流的關(guān)系得到負(fù)載電流，并將得到的負(fù)載電流作為電流環(huán)輸入，所述輸出電容電流利用如下方法進(jìn)行估算:
[0005]根據(jù)輸出電容電流和輸出電壓關(guān)系，其連續(xù)系統(tǒng)微分方程為:
[0006]ICo (t) = Co X dVo (t) /dt
[0007]將微分方程轉(zhuǎn)換為離散差分方程，得
[0008]ICo (K) ^ CoX (Vo (K) - Vo (K-1)) /T (I)
[0009]其中，ICo (t)為輸出電容電流瞬時值，Co為輸出電容，Vo (t)為輸出電壓瞬時值，ICo(K)為當(dāng)前周期輸出電容電流，Vo(K)為當(dāng)前周期采樣電壓，Vo(K-1)為上一個周期采樣電壓，T為采樣周期。
[0010]優(yōu)選地，將估算的輸出電容電流輸入一低通濾波器，利用公式IL = Ic+1計算負(fù)載電流，其中IL表示輸出電感電流，Ic表示濾波后的輸出電容電流，1表示負(fù)載電流。
[0011]優(yōu)選地，將估算的當(dāng)前周期輸出電容電流與一閾值進(jìn)行比較，如果大于該設(shè)定閾值則估算有效，否則無效。
[0012]本發(fā)明還公開一種開關(guān)電源的控制單元，包括
[0013]—第一比較器，用于輸出端電壓與設(shè)定電壓值的比較；
[0014]—第一誤差控制器，輸入第一比較器的比較結(jié)果，實現(xiàn)電壓誤差控制，輸出第一誤差?目號;
[0015]—第二比較器，用于負(fù)載電流與設(shè)定電流值的比較；
[0016]—第二誤差控制器，輸入第二比較器的比較結(jié)果，實現(xiàn)電流誤差控制，輸出第二誤差?目號;
[0017]—誤差信號選擇單元，輸入第一、第二誤差信號，取兩者中較小值輸出；
[0018]— PffM單元，輸入誤差信號選擇單元的輸出結(jié)果，產(chǎn)生PffM驅(qū)動信號；
[0019]其特征在于還包括
[0020]—電容電流估算單元，輸入一電流閾值及采樣的輸出端電壓，估算并輸出有效的電容電流；
[0021 ] 一減法器，用米樣的輸出端電感電流減去有效的電容電流，輸出負(fù)載電流。
[0022]本發(fā)明利用數(shù)字控制技術(shù)，通過對輸出電容電流的估算，利用負(fù)載電流與輸出電感電流和輸出電容電流的關(guān)系得到負(fù)載電流，并將其作為電流環(huán)輸入，減小了開關(guān)電源輸出電容電流對電流環(huán)影響，提高輸出電壓響應(yīng)速度，適用于多種工作模式(CV、CC)采樣電感電流的開關(guān)電源。
[0023]在本發(fā)明一具體實施例中，估算的輸出電容電流需與一設(shè)定閾值進(jìn)行比較，滿足一定條件后輸出到低通濾波器進(jìn)行濾波后得到有效的電容電流值，使電容電流估算只響應(yīng)大于一定門檻的電流，從而解決采樣擾動、計算誤差對輸出電流精度的影響，避免電容電流誤觸發(fā)電流環(huán)工作，抗噪聲能力強(qiáng)，在提高電壓響應(yīng)速度同時仍能夠保證精度。
【附圖說明】
[0024]圖1開關(guān)電源控制原理圖
[0025]圖2為圖1中數(shù)字控制部分的原理框圖
[0026]圖3是電容電流估算原理框圖
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]如圖1所示為開關(guān)電源控制原理圖，采樣的輸出端電壓及電感電流輸入數(shù)字控制單元，生成驅(qū)動開關(guān)管的PWM信號。
[0029]圖2為圖1中數(shù)字控制部分的原理框圖。
[0030]數(shù)字控制單元包括:
[0031]第一比較器1，用于輸出端電壓與設(shè)定電壓值的比較；
[0032]第一誤差控制器2，輸入第一比較器I的比較結(jié)果，實現(xiàn)電壓誤差控制，輸出第一誤差號；
[0033]第二比較器3，用于負(fù)載電流與設(shè)定電流值的比較；
[0034]第二誤差控制器4，輸入第二比較器3的比較結(jié)果，實現(xiàn)電流誤差控制，輸出第二誤差號；
[0035]誤差信號選擇單元5，輸入第一、第二誤差信號，取兩者中較小值輸出；
[0036]PffM單元6，輸入誤差信號選擇單元5的輸出結(jié)果，產(chǎn)生PffM驅(qū)動信號；
[0037]電容電流估算單元7輸入一電流閾值及采樣的輸出端電壓，估算并輸出有效的電容電流；
[0038]減法器8，用采樣的輸出端電感電流減去有效的電容電流，輸出負(fù)載電流。
[0039]本發(fā)明提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度方法是，采用數(shù)字控制方式，采樣輸出端電壓Vo和電感電流IL，估算輸出端電容電流Ic，利用負(fù)載電流1與輸出端電感電流IL、電容電流Ic的關(guān)系得到負(fù)載電流，并將得到的負(fù)載電流Ic作為電流環(huán)輸入，從而減小輸出電容電流對電流環(huán)影響，提高輸出電壓響應(yīng)速度。
[0040]電容電流利用如下方法進(jìn)行估算:
[0041]根據(jù)輸出端電容電流和電壓關(guān)系，其連續(xù)系統(tǒng)微分方程為:
[0042]ICo (t) = Co X dVo (t) /dt
[0043]將微分方程轉(zhuǎn)換為離散差分方程，得
[0044]ICo (K) ^ CoX (Vo (K) - Vo (K-1)) /T (I)
[0045]其中，ICo (t)為電容電流瞬時值，Co為輸出端電容，Vo (t)為輸出端電壓瞬時值，ICo (K)為當(dāng)前周期輸出端電容電流，Vo (K)為當(dāng)前周期采樣的輸出端電壓，Vo (K-1)為上一個周期采樣的輸出端電壓，T為采樣周期。
[0046]如圖3，電容電流估算單元包括:
[0047]電容電流計算單元71，輸入采樣的輸出端電壓，根據(jù)輸出端電容電流和電壓關(guān)系估算輸出端電容電流；
[0048]第三比較器72，用于估算的輸出端電容電流與電流閾值的比較，當(dāng)大于電流閾值時輸出估算的電容電流，否則輸出O ;
[0049]低通濾波器73，輸入第三比較器72的比較結(jié)果，濾波后輸出有效的電容電流。
[0050]經(jīng)公式(I)后得到電容電流的估算值Icl，Icl與一電流閾值Ith輸入第三比較器72進(jìn)行比較，如果Icl > Ith，則Ic2 = Icl,否則Ic2 = 0，使電容電流估算只響應(yīng)大于一定門檻的電流，從而解決采樣擾動、計算誤差對輸出電流精度的影響。Ic2經(jīng)過低通濾波器73，使其頻域特性與采樣IL信號一致，然后直接根據(jù)IL = Ic+1計算出負(fù)載電流1，并把計算出來的1作為電流環(huán)輸入，從而減小輸出電容電流對電流環(huán)影響，提高輸出電壓響應(yīng)速度。
【主權(quán)項】
1.一種提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度的方法，其特征在于采用數(shù)字控制方式，采樣輸出端電壓和電感電流，估算輸出端電容電流，利用負(fù)載電流與輸出端電感電流、電容電流的關(guān)系得到負(fù)載電流，并將得到的負(fù)載電流作為電流環(huán)輸入，所述電容電流利用如下方法進(jìn)行估算: 根據(jù)輸出端電容電流和電壓關(guān)系，其連續(xù)系統(tǒng)微分方程為:ICo (t) = CoX dVo (t) /dt 將微分方程轉(zhuǎn)換為離散差分方程，得ICo (K) ^ CoX (Vo (K) - Vo (K-1)) /T (I) 其中，ICo(t)為電容電流瞬時值，Co為輸出端電容，Vo (t)為輸出端電壓瞬時值，ICo (K)為當(dāng)前周期輸出端電容電流，Vo (K)為當(dāng)前周期采樣的輸出端電壓，Vo (K-1)為上一個周期采樣的輸出端電壓，T為采樣周期。2.如權(quán)利要求1所述的提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度的方法，其特征在于將估算的電容電流輸入一低通濾波器，使其頻域特性與采樣的輸出端電感電流一致，利用公式IL =Ic+1計算負(fù)載電流，其中IL表示電感電流，Ic表示濾波后的電容電流，1表示負(fù)載電流。3.如權(quán)利要求1所述的提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度的方法，其特征在于將估算的當(dāng)前周期輸出端電容電流與一電流閾值進(jìn)行比較，如果大于該設(shè)定閾值則估算有效，否則無效。4.一種開關(guān)電源的控制單元，包括 一第一比較器(I)，用于輸出端電壓與設(shè)定電壓值的比較； 一第一誤差控制器(2)，輸入第一比較器的比較結(jié)果，實現(xiàn)電壓誤差控制，輸出第一誤差?目號; 一第二比較器(3)，用于負(fù)載電流與設(shè)定電流值的比較； 一第二誤差控制器(4)，輸入第二比較器的比較結(jié)果，實現(xiàn)電流誤差控制，輸出第二誤差?目號; 一誤差信號選擇單元(5)，輸入第一、第二誤差信號，取兩者中較小值輸出； 一 PffM單元(6)，輸入誤差信號選擇單元的輸出結(jié)果，產(chǎn)生PffM驅(qū)動信號； 其特征在于還包括 一電容電流估算單元(7)，輸入一電流閾值及米樣的輸出端電壓，估算并輸出有效的電容電流； 一減法器(8)，用米樣的輸出端電感電流減去有效的電容電流，輸出負(fù)載電流。5.如權(quán)利要求4所述的一種開關(guān)電源的控制單元，其特征在于所述電容電流估算單元包括: 一電容電流計算單元(71)，輸入采樣的輸出端電壓，根據(jù)輸出端電容電流和電壓關(guān)系估算輸出端電容電流； 一第三比較器(72)，用于估算的輸出端電容電流與電流閾值的比較，當(dāng)大于電流閾值時輸出估算的電容電流，否則輸出O ; 一低通濾波器(73)，輸入第三比較器的比較結(jié)果，濾波后輸出有效的電容電流。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高開關(guān)電源輸出響應(yīng)速度的方法，采用數(shù)字控制方式，采樣輸出端電壓和電感電流，估算輸出端電容電流，利用負(fù)載電流與輸出端電感電流、電容電流的關(guān)系得到負(fù)載電流，并將得到的負(fù)載電流作為電流環(huán)輸入。本發(fā)明減小了開關(guān)電源輸出電容電流對電流環(huán)影響，提高輸出電壓響應(yīng)速度，適用于多種工作模式（CV、CC）采樣電感電流的開關(guān)電源，抗噪聲能力強(qiáng)，在提高電壓響應(yīng)速度同時仍能夠保證精度。
【IPC分類】H02M3/157
【公開號】CN105119492
【申請?zhí)枴緾N201510583487
【發(fā)明人】馬海波, 其他發(fā)明人請求不公開姓名
【申請人】艾德克斯電子（南京）有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月14日