高精度平均输出电流控制的恒定关断时间控制方案

摘要

用于高精度平均输出电流控制的恒定关断时间控制方案，包括产生预定的控制信号的参考源块，检测开关变换器的状态变量并将其变换成与参考源块输出的信号相同形式的信号的状态检测块，用于检测从参考源块和状态检测块输出信号的平均差值并当平均差值归零时输出信号的误差检测及归零块，使恒定关断时间受控于开关电源的输入输出电压的可控恒定关断时间块。4种功能块分别可以简单到一个基本操作或复杂到由各种操作功能组成。本发明使开关电源输出的平均输出电流独立于开关电源的输入输出电压，电路器件的精度及恒定关断时间的精度，以最简单最低成本来完成降压开关电源输出平均电流控制。

说明书

技术领域

本发明涉及降压开关电源变换器拓扑结构。更具体地说，本发明涉及一种新的高精度控制方案用于控制降压开关变换器的输出平均电流。这开关变换器可用做可控制电流源在各种应用场合中使用。

背景技术

在已有开关电源控制方案中，有一种恒定关断时间控制(如图1所示)。它是用于产生开关电源的一系列脉宽调制脉冲控制信号并用于控制开关电源的功率开关。它使得开关电源的输出平均电流能跟随预定的控制信号。这种方案实现比较简单，不需要附加的补偿电路。但它使得开关电源的输出平均电流精度依赖于开关电源的输入输出电压，电路器件的精度及恒定关断时间的精度。在一些低精度输出要求场合，这种控制方案已广泛使用。提高这种控制方案控制精度是拓宽这种控制方案使用范围的前提。

发明内容

本发明提供一种简单高精度恒定关断时间控制方案，它使得开关电源输出的平均输出电流独立于开关电源的输入输出电压，电路器件的精度及恒定关断时间的精度。

本发明的高精度恒定关断时间控制方案是由如下功能块组成：产生预定的控制信号的参考源块，检测开关变换器的状态变量并将其变换成与参考源块输出的信号相同形式信号的状态检测块，用于检测从参考源块和状态检测块输出信号的平均差值并当平均差值归零时输出信号的误差检测及归零块，使恒定关断时间受控于开关电源的输入输出电压的可控恒定关断时间块。

以上所述误差检测及归零块是简单到由一个基本操作组成并复杂到由各种操作功能组成。状态检测块是简单到由一检测电阻组成和复杂到由各种操作功能组成。参考源块是简单到由一个基本操作组成并复杂到由各种操作功能组成。可控恒定关断时间块是简单到为由一个基本操作组成并复杂到由各种操作功能组成。

本控制方案的若干功能块及其组成如图2所示，它们是：参考源块，状态检测块，误差检测及归零块，和可控恒定关断时间块。

为了比较参考电流和平均输出电流在功率开关导通期间，状态检测块的输出V_iL与参考源块的输出V_REF在状态检测及归零块中检测。当状态检测及归零块的输出为零，功率开关截止并触发可控恒定关断时间块。功率开关截止持续恒定关断时间Toff。这样功率开关导通截止周而复始。

在本发明控制方案中，包含在功率开关导通时部分电感电流中所有的信息，如变化速率，谷值，峰值以及瞬时平均电流充分使用。通常最容易检测部分电感电流的方法是当功率开关导通时检测功率开关电流。当电感电流是一高频周期三角波，其平均电流等于在功率开关导通时部分电感电流的瞬时平均电流。因此本发明控制方案可以通过控制功率开关导通时部分电感电流的瞬时平均电流来控制降压开关电源平均输出电流。

在本发明控制方案中，部分电感电流的瞬时平均电流直接与预定的控制信号V_REF比较并使得部分电感电流的瞬时平均电流跟随预定的控制信号。因此本发明控制方案可以使降压开关电源平均输出电流的精度独立于开关电源的输入输出电压，电路器件的精度及恒定关断时间的精度。

附图说明

图1是已有恒定关断时间控制方案用于控制降压开关电源输出电流。

图2是本发明控制方案用于降压开关电源基本的平均输出电流控制方案方框图。

图3是本发明控制方案用于平均输出电流控制方案具体实例方框图。

图4是图3具体实例方框图的时域波形图。(CH1＝电感电流；CH2＝可复位积分器输出；CH3＝输出脉宽调制脉冲控制信号)。

图5是本发明控制方案用于平均输出电流控制方案另一具体实例方框图。

具体实施方式

图3为一具体本发明方案的方框图。在方框图中有若干个功能块，预定的控制信号，加法器，可复位积分器，比较器，和恒定关断时间Toff发生器。

当功率开关导通，电感电流增加。电感电流经检测电阻输出相应的检测电压。该电压与预定的控制信号电压在加法器中相减。加法器的输出是可复位积分器的输入。可复位积分器的输出如图4所示。随着电感电流增加，可复位积分器的输出由零变负并由负变零。当可复位积分器的输出由负变零，比较器动作而触发可控恒定关断时间Toff发生器。这可控恒定关断时间Toff发生器的输出使可复位积分器复位。这使得功率开关关断并且功率开关截止持续恒定关断时间Toff。功率开关截止持续经过恒定关断时间Toff之后，功率开关导通而周而复始重复开关过程。电感电流的瞬时平均电流是通过加法器和可复位积分器与预定的控制信号比较。当电感电流的瞬时平均电流等于预定的控制信号，可复位积分器的输出由负变零而使得功率开关关断。

加法器和可复位积分器是相对简单电路。但由于可复位积分器的特点，以及平均电流与峰值电流区别，图5示出一混合控制方案。这由图3方案与图1方案组合而成。在这控制方案中，图1方案用于控制动态电流即限制峰值电流。图3方案用于控制静态电流即平均输出电流。由于图1，图3方案共同作用，动态电流能相当快地收敛到静态电流。

用恒定关断时间控制的开关电源，其开关频率是随开关电源的输入输出电压决定。要使得开关电源的开关频率基本上固定，恒定关断时间Toff需要满足如下公式：

$>>>T>OFF>>=>K>·>>>>V>IN>>->>V>O>>>>V>IN>\; >->->->>(>1>)>>>s>$

图2所示可控恒定关断时间块就是指该恒定关断时间块是受控于开关电源的输入输出电压。

使用高精度恒定关断时间控制技术的好处是以最简单最低成本来完成降压开关电源输出平均电流控制。