功率电流变换器连续电流模式的平均输出电流控制装置

摘要

本发明公开了一种功率电流变换器连续电流模式的平均输出电流控制装置，包括参考源模块(1)、参考源运算功能模块(2)、状态检测模块(3)、误差检测及归零模块(4)、可控恒定关断时间模块(5)和功率驱动器模块(6)；在可控恒定关断时间模块(5)内设有可控恒定关断时间；参考源模块(1)、参考源运算功能模块(2)和误差检测及归零模块(4)依次信号相连，误差检测及归零模块(4)的输出分别与功率驱动器模块(6)的输入和可控恒定关断时间模块(5)的输入相连，功率驱动器模块(6)的输出用于控制功率电流变换器。该装置使得功率电流变换器的平均输出电流可独立于功率电流变换器的输入/输出电压以及电路器件的精度。

说明书

技术领域

本发明属于应用电子技术领域，涉及功率电流变换器拓扑结构及控制。更具体地说， 本发明涉及一种用于控制升降压及升压功率电流变换器的平均输出电流方法。所述的功率 电流变换器可用做可控制电流源在各种应用场合中使用，如发光二极管驱动应用和电池充 电应用。

背景技术

升降压及升压功率电流变换器可广泛用于各种要求的输入输出组合中。当功率电流变 换器的电感电流运作于连续模式，其导通电流应力是比较低。功率电流变换器的电感电流 运作于连续模式是适合于比较高的功率控制应用。对升降压及升压功率电流变换器而言， 其输出电流与升降压及升压功率电流变换器的电感电流是一非线性关系。通常要控制升降 压及升压功率电流变换器的输出电流，这依赖于升降压及升压功率电流变换器的输入输出 电压，电路器件的精度。要检测升降压及升压功率电流变换器的输入输出电压和要求电路 器件的精度，这会增加整个系统实现的复杂性，增加整个系统实现的成本。上述内容如图 1所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于升降压及升压功率电流变换器连续电流模 式的平均输出电流控制装置，它使得功率电流变换器的平均输出电流可独立于功率电流变 换器的输入/输出电压、以及电路器件的精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种功率电流变换器连续电流模式的平均输出电 流控制装置，包括参考源模块、参考源运算功能模块、状态检测模块、误差检测及归零模 块、可控恒定关断时间模块和功率驱动器模块；在可控恒定关断时间模块内设有可控恒定 关断时间；

参考源模块、参考源运算功能模块和误差检测及归零模块依次信号相连；误差检测及 归零模块的输出分别与功率驱动器模块的输入和可控恒定关断时间模块的输入相连，功率 驱动器模块的输出与参考源运算功能模块的输入相连，可控恒定关断时间模块的输出分别 与参考源运算功能模块的输入和功率驱动器模块的输入相连；状态检测模块的输出与误差 检测及归零模块的输入相连；功率驱动器模块的输出用于控制功率电流变换器；

参考源模块用于产生预定的控制信号；

参考源运算功能模块用于根据不同的功率电流变换器拓扑结构按照预定算法进行运 算产生相应的参考控制信号；

状态检测模块用于检测功率电流变换器的状态变量并将其变换成与参考源运算功能 模块输出信号相同形式的信号；

误差检测及归零模块用于检测从参考源运算功能模块状态检测模块输出信号的平均 差值，当平均差值过零时输出信号控制功率驱动器模块，使得功率电流变换器内的功率开 关关断；

可控恒定关断时间模块用于可控恒定关断时间结束时输出信号控制功率驱动器模块， 使得功率开关导通；

功率驱动器模块用于驱动功率电流变换器内的功率开关，并受控于误差检测及归零模 块和可控恒定关断时间模块的输出信号；

按照预定算法，功率驱动器模块的输出信号和可控恒定关断时间模块的输出信号用于 同步参考源运算功能模块的运算。

作为本发明的用于升降压及升压功率电流变换器连续电流模式的平均输出电流控制 装置的改进：状态检测模块包括电阻Rs。

作为本发明的用于升降压及升压功率电流变换器连续电流模式的平均输出电流控制 装置的进一步改进：误差检测及归零模块由加法器、积分器和比较器组成；加法器、积 分器和比较器依次信号相连；

加法器的输入正端与参考源运算功能模块的输出相连；加法器的输入负端与状态检测 模块的输出相连；比较器的输出与分别与功率驱动器模块的输入和可控恒定关断时间模块 的输入相连。

以上所述参考源模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。参 考源运算功能模块是根据不同功率电流变换器拓扑结构按照预定算法进行运算以使这输 出信号是相应功率电流变换器的参考控制信号；它是简单到为由一个基本操作组成或复杂 到由各种操作功能组成。在参考源运算功能模块中按照预定算法(此预定算法为公知技术) 实施方案，功率电流变换器的输入输出电压不参于预定算法进行运算产生相应的参考控制 信号。误差检测及归零模块是简单到由一个基本操作组成并或复杂到由各种操作功能组 成。状态检测模块是简单到由一检测电阻组成或复杂到由各种操作功能组成。可控恒定关 断时间模块是简单到为由一个基本操作组成或复杂到由各种操作功能组成。功率驱动器模 块是简单到由一个基本操作组成或复杂到由各种操作功能组成。

根据升降压及升压不同功率电流变换器拓扑结构，参考源模块的输出信号在参考源运 算功能模块中按照预定算法进行运算，以使参考源运算功能模块的输出信号是相应功率电 流变换器的参考控制信号。为了比较参考控制信号和状态变量在功率开关导通期间，状态 检测模块的输出V_iL与参考源运算功能模块的输出参考控制信号V_REF在误差检测及归零模 块中检测。当平均差值过零时，误差检测及归零模块的输出启动可控恒定关断时间模块并 控制功率驱动器模块使得这功率开关截止。当可控恒定关断时间结束时，可控恒定关断时 间模块的输出控制功率驱动器模块使得这功率开关导通而周而复始。

在本发明控制方案中，电感电流的平均电流跟随与预定的控制信号相应的功率电流 变换器的参考控制信号V_REF并使得功率电流变换器平均输出电流跟随相应的预定的控制信 号。这种方案实现比较简单，不需要附加的输入输出检测电路。本发明控制方案可以使 升降压及升压功率电流变换器平均输出电流的精度独立于功率电流变换器的输入输出电 压，电路器件的精度。功率电流变换器的输入输出电压，电路器件的精度仅仅改变升降压 及升压功率电流变换器的开关频率。

本发明相对于现有技术，具有如下优点：

在本发明中，使用功率电流变换器连续电流模式的高精度平均输出电流控制技术的好 处是：以最简单最低成本来完成功率电流变换器的平均输出电流精确地控制，并使功率电 流变换器的导通损耗和开关损耗比较低。整个系统是高精度和高效率的系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是现有的用于控制升降压(反激)功率电流变换器的平均输出电流的方框图。

图2是本发明控制方案用于升降压及升压功率电流变换器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升降压(反激)功率电流变换器的平均输出电流控制方案 图：

a为具体实例电路框图；

b是a中误差检测及归零模块4的具体实例电路框图。

图4是图3b中误差检测及归零模块4输出波形图(CH1＝电感电流，CH2＝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升压功率电流变换器的平均输出电流控制方案具体实例 电路框图。

具体实施方式

实施例1、一种用于升降压功率电流变换器连续电流模式的平均输出电流控制装置， 如图3a和3b所示；图3a为一用于升降压(反激)功率电流变换器的具体本发明方案的 电路框图。

在方框图中有若干个功能模块，由参考源模块1给出的预定控制信号V_REF，参考源运 算功能模块2，状态检测模块3(具体为电阻Rs)、误差检测及归零模块4，可控恒定关断 时间模块5和功率开关的功率驱动器6组成。在可控恒定关断时间模块5内设有可控恒定 关断时间。

参考源模块1给出的预定控制信号V_REF、参考源运算功能模块2和误差检测及归零模块4 依次信号相连；误差检测及归零模块4的输出分别与功率驱动器模块6的输入和可控恒定关 断时间模块5的输入相连，功率驱动器模块6的输出与参考源运算功能模块2的输入相连， 可控恒定关断时间模块5的输出分别与参考源运算功能模块2的输入和功率驱动器模块6的 输入相连；状态检测模块3的输出与误差检测及归零模块4的输入相连；功率驱动器模块6 的输出用于控制功率电流变换器。

参考源模块1用于产生预定的控制信号；参考源运算功能模块2用于根据不同的功率电 流变换器拓扑结构按照预定算法进行运算产生相应的参考控制信号；状态检测模块3用于 检测功率电流变换器的状态变量并将其变换成与参考源运算功能模块2输出信号相同形式 的信号；误差检测及归零模块4用于检测从参考源运算功能模块2和状态检测模块3输出信 号的平均差值，当平均差值过零时输出信号控制功率驱动器模块6，使得功率电流变换器 内的功率开关关断；可控恒定关断时间模块5用于可控恒定关断时间结束时输出信号控制 功率驱动器模块6，使得功率开关导通；功率驱动器模块6用于驱动功率电流变换器内的功 率开关，并受控于误差检测及归零模块4和可控恒定关断时间模块5的输出信号；按照预定 算法，功率驱动器模块6的输出信号和可控恒定关断时间模块5的输出信号用于同步参考源 运算功能模块2的运算。

误差检测及归零模块4的具体电路框图如图3b所示。误差检测及归零模块4可以是 由加法器41、积分器42和比较器43组成。加法器41的输入正端与参考源运算功能模 块2的输出相连；加法器41的输入负端与状态检测模块3的输出相连；比较器43的输出 与分别与功率驱动器模块6的输入和可控恒定关断时间模块5的输入相连。

当功率开关Q1导通，变压器T的电感电流增加；该电感电流经电阻Rs输出相应的检 测电压。预定控制信号V_REF经参考源运算功能模块2根据升降压的功率电流变换器预定算 法进行运算产生相应的参考控制信号电压。上述检测电压与上述参考控制信号电压经误差 检测及归零模块4比较。具体如下：检测电压与参考控制信号电压在加法器41中相减。 加法器41的输出是积分器42的输入。随着变压器T的电感电流增加，积分器42的输出 由零变负并由负变零。误差检测及归零模块4的输出如图4所示。当积分器42的输出由 负变零，即意味着，变压器T的电感电流在功率开关Q1导通结束瞬间，其瞬时平均电 流等于参考控制信号电压对应的参考电流。比较器43动作同时触发可控恒定关断时间模 块5和控制功率驱动器6，并使得功率开关Q1关断。

当可控恒定关断时间模块5内设的可控恒定关断时间结束时，可控恒定关断时间模块 5的输出控制功率驱动器6使得功率开关Q1导通，从而周而复始重复上述开关过程。

图3a所示升降压(反激)功率电流变换器的参考源运算功能模块2是根据升降压(反 激)功率电流变换器拓扑结构，升降压(反激)功率电流变换器的输入输出电压不参于预 定算法进行运算，以使参考源运算功能模块2的输出是相应升降压(反激)功率电流变换 器的参考控制信号。升降压(反激)功率电流变换器的平均电感电流跟随参考源运算功能 模块2输出相应的参考控制信号而使反激功率电流变换器的平均输出电流跟随预定控制 信号V_REF，并使升降压(反激)功率电流变换器的平均输出电流独立于反激功率电流变换 器的输入/输出电压，以及电路器件的精度。

实施例2、一种用于升压功率电流变换器连续电流模式的平均输出电流控制装置，图 5为一用于升压功率电流变换器的具体本发明方案的电路框图。

在方框图中有若干个功能模块，由参考源模块1给出的预定控制信号V_REF，参考源运 算功能模块2，状态检测模块3(具体为电阻Rs)、误差检测及归零模块4，可控恒定关断 时间模块5和功率开关的功率驱动器6组成。

预定控制信号V_REF经参考源运算功能模块2根据升压的功率电流变换器预定算法进行 运算产生相应的参考控制信号电压。除了此点外，其余其工作原理与实施例1所述(即图 3a)的工作原理相同。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明 不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直 接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。