本發(fā)明涉及電源變換器控制領(lǐng)域，具體是一種無(wú)功率管電流采樣的峰值電流控制電路和方法。

背景技術(shù)：

1、峰值電流控制在電源變換器中應(yīng)用廣泛，該控制的基本方式為：每個(gè)開關(guān)周期的時(shí)鐘信號(hào)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)置高，此時(shí)電感電流開始上升，同時(shí)采集功率管或電感的電流實(shí)時(shí)值與閉環(huán)控制器輸出的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)電流峰值增加到調(diào)制信號(hào)時(shí)將將驅(qū)動(dòng)信號(hào)置低，開關(guān)管關(guān)閉，電感電流開始下降，等待下個(gè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入下一個(gè)開關(guān)周期的循環(huán)。該控制方法采集功率管或電感電流的實(shí)時(shí)值和調(diào)制信號(hào)比較，因此每個(gè)開關(guān)周期的峰值電流均受控，改變調(diào)制信號(hào)大小即可限值電感電流的峰值，即可實(shí)現(xiàn)每個(gè)周期的能量調(diào)節(jié)，具備很高的可靠性。同時(shí)峰值電流控制方法是實(shí)時(shí)控制電感電流峰值，因此本質(zhì)實(shí)現(xiàn)了電感電流峰值的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即對(duì)外環(huán)控制換而言實(shí)現(xiàn)了電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，降低了外環(huán)控制器的控制難度。因此峰值電流控制方法在小功率到大功率的電源變換器中均有廣泛的應(yīng)用。

2、現(xiàn)有的峰值電流控制具備眾多的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中有若干明顯的問題需要解決。首先峰值電流控制需要采樣功率管或電感的實(shí)時(shí)電流，因此對(duì)電流采樣電路的響應(yīng)速度要求很高，較慢的電流采樣會(huì)嚴(yán)重降低閉環(huán)控制的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)電流較小時(shí)可以使用采樣電阻對(duì)功率管電流或電感實(shí)時(shí)電流進(jìn)行采樣，該方法簡(jiǎn)單易行并具有很高的響應(yīng)速度在小功率變換器中應(yīng)用廣泛。當(dāng)電流較大時(shí)電阻采樣損耗較高，若采用很小的電阻值進(jìn)行采樣，雖然采樣損耗可以降低，但是采樣信號(hào)幅度很小，無(wú)法直接作為控制信號(hào)使用，還需要經(jīng)過放大電路調(diào)理，經(jīng)過調(diào)理后信號(hào)的延遲通常會(huì)顯著變大，同時(shí)大電流時(shí)采樣電阻的寄生電感和放大調(diào)理電路的性能會(huì)導(dǎo)致電感電流實(shí)時(shí)波形的失真，均會(huì)影響控制穩(wěn)定性和可靠性。此時(shí)常規(guī)的解決方法是使用電流互感器采集功率管電流，同時(shí)電流互感器原副邊電氣隔離，因此可以放置在電路中的共地或浮地端，具有很好的靈活性，但在隔離電壓等級(jí)較高的應(yīng)用中，由于電流互感器的體積較大，在空間有限的電源變換器中難以實(shí)現(xiàn)。

3、其次采集電流實(shí)時(shí)值時(shí)由于電路中寄生電容的影響，在功率管開通時(shí)通常會(huì)有電流尖峰，此時(shí)需要屏蔽該電流尖峰防止和調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生比較導(dǎo)致功率管提前關(guān)斷，因此通常需要設(shè)置消隱時(shí)間來(lái)避開該電流尖峰，消隱時(shí)間內(nèi)不檢測(cè)實(shí)時(shí)電流值。但消隱時(shí)間過短容易誤動(dòng)作，消隱時(shí)間過長(zhǎng)在過流狀態(tài)時(shí)容易因?yàn)閯?dòng)作延遲過大而損壞。

4、再次如果使用電流互感器采集功率管電流，該電流通常為正值，為了讓電流互感器可以持續(xù)工作需要留有足夠的關(guān)斷時(shí)間來(lái)保證電流互感器磁復(fù)位。關(guān)斷時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)顯著影響變換器的最大占空比，導(dǎo)致工作范圍縮小。以上問題在電源變換器體積較小、開關(guān)頻率較高及隔離電壓等級(jí)較高時(shí)尤其明顯且難以解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)功率管電流采樣的峰值電流控制電路和方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種無(wú)功率管電流采樣的峰值電流控制電路，包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路、電感電流檢測(cè)電路、采樣保持電路、差分電壓檢測(cè)電路和電壓-電流轉(zhuǎn)換電路；

4、所述差分電壓檢測(cè)電路輸入端與輸入電壓vin、輸出電壓vout連接，差分電壓檢測(cè)電路輸出端與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路連接；

5、差分電壓檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)輸入電壓vin和輸出電壓vout的差值檢測(cè)，由運(yùn)算放大器opa4和電阻r24、電阻r25、電阻r26、電阻r27、電阻r28、電阻r29、電阻r30組成信號(hào)調(diào)理電路；電阻r24的一端與輸入電壓vin連接，電阻r24的另一端與運(yùn)算放大器opa4的輸入正極連接；電阻r25的一端與輸出電壓vout連接，電阻r25的另一端與運(yùn)算放大器opa4的輸入負(fù)極連接；電阻r26的一端與運(yùn)算放大器opa4的輸入正極連接，電阻r26的另一端接地；電阻r27的一端與運(yùn)算放大器opa4的輸入負(fù)極連接，電阻r27的另一端與運(yùn)算放大器opa4的輸出端連接；

6、運(yùn)算放大器opa4的輸出端與電阻r28的一端連接，電阻r28的另一端同時(shí)與電阻r29的一端、電阻r30的一端、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的運(yùn)算放大器opa1的輸入正極連接，

7、電阻r29的另一端接地，電阻r30的另一端與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的控制供電vcc正極連接，控制供電vcc負(fù)極接地；

8、所述電壓-電流轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電壓值到電流值的線性變換，由運(yùn)算放大器opa1、運(yùn)算放大器opa2、場(chǎng)效應(yīng)管q3、場(chǎng)效應(yīng)管q4、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電容csim以及放電開關(guān)s2組成，運(yùn)算放大器opa1的輸入負(fù)極同時(shí)與場(chǎng)效應(yīng)管q3的源極、電阻r1的一端連接，電阻r1的另一端接地；

9、運(yùn)算放大器opa1的輸出端與場(chǎng)效應(yīng)管q3的柵極連接，場(chǎng)效應(yīng)管q3的漏極同時(shí)與運(yùn)算放大器opa2的輸入正極、電阻r2的一端連接，電阻r2的另一端與控制供電vcc正極連接；

10、運(yùn)算放大器opa2的輸入負(fù)極同時(shí)與場(chǎng)效應(yīng)管q4的源極、電阻r3的一端連接，電阻r3的另一端與控制供電vcc正極連接；

11、運(yùn)算放大器opa2的輸出端與場(chǎng)效應(yīng)管q4的柵極連接，場(chǎng)效應(yīng)管q4的漏極同時(shí)與電容csim的一端、放電開關(guān)s2的一端連接，電容csim的另一端和放電開關(guān)s2的另一端都接地；放電開關(guān)s2由驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2驅(qū)動(dòng)控制；

12、所述采樣保持電路包括電阻rsh、采樣開關(guān)s1和保持電容csh，采樣保持電路中的保持電容csh的一端與電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的場(chǎng)效應(yīng)管q4的漏極連接，保持電容csh的另一端同時(shí)與采樣開關(guān)s1的一端、驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路中的比較器cmp1的輸入正極連接；采樣開關(guān)s1的另一端與電阻rsh的一端連接，電阻rsh的另一端與電感電流檢測(cè)電路中的運(yùn)算放大器opa3的輸出端漏極；采樣開關(guān)s1由驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2驅(qū)動(dòng)控制

13、所述電感電流檢測(cè)電路由檢流電阻rsns、運(yùn)算放大器opa3、電阻r19、電阻r20、電阻r21、電阻r22、電容c8、電容c9組成放大調(diào)理電路；電容c9并聯(lián)在運(yùn)算放大器opa3的輸入負(fù)極、運(yùn)算放大器opa3的輸出端兩端，電阻r22并聯(lián)在電容c9的兩端；

14、運(yùn)算放大器opa3的輸入正極同時(shí)與電阻r19的一端、電阻r21的一端連接，電阻r21的一端的另一端接地，電容c9并聯(lián)在電阻r21的兩端；電阻r19的另一端與檢流電阻rsns的電流il的輸入連接端連接；

15、運(yùn)算放大器opa3的輸入負(fù)極與電阻r20的一端連接，電阻r20的另一端與檢流電阻rsns的電流il的輸出連接端連接；

16、所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路中的比較器cmp1的輸入負(fù)極與調(diào)制信號(hào)vcomp連接；

17、比較器cmp1的輸出端與鎖存器rs的端口r連接，鎖存器rs的端口s與時(shí)鐘信號(hào)vclk連接，鎖存器rs的端口q和與門and的一個(gè)輸入端連接，非門not1的輸入端和時(shí)鐘信號(hào)vclk連接，非門not1的輸出端和與門and的另一個(gè)輸入端連接，與門and的輸出端輸出端和二極管d1的正極、非門not2的輸入端連接，非門not2的輸出端與二極管d2的正極連接，二極管d1的負(fù)極輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1，二極管d2的負(fù)極輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2。

18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的差分電壓檢測(cè)電路中r24＝r25，r26＝r27，電壓差值信號(hào)其中vcc為控制供電。

19、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路中的輸出電流值由輸入信號(hào)vdiff控制，輸出電流值isim＝vdiff·gm，其中變換系數(shù)輸出電流值isim用于給電容csim充電形成線性增加的斜坡信號(hào)，斜坡信號(hào)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1為高的時(shí)間內(nèi)模擬電感電流的上升波形，并在驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2為高時(shí)放電；csim的值由公式得到，其中l(wèi)為電感量。

20、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的采樣保持電路用于實(shí)現(xiàn)電感電流平均值的周期采樣，采樣環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)tsh＝rsh·csh，時(shí)間常數(shù)tsh取clk信號(hào)脈寬的1/20-1/10倍。

21、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的電感電流檢測(cè)電路用于實(shí)現(xiàn)電感電流平均值的檢測(cè)，電感電流檢測(cè)電路中r19＝r20，r21＝r22，c8＝c9，電感電流平均值信號(hào)ilavg＝ki·il，其中系數(shù)截止頻率截止頻率通常取開關(guān)頻率的1/4-1倍。

22、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)pwm波的產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1再經(jīng)過非門not2得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2。

23、一種無(wú)功率管電流采樣的峰值電流控制方法，其步驟如下：

24、s1、電感電流檢測(cè)電路放大調(diào)理得到電感電流的平均值；

25、s2、每個(gè)開關(guān)周期由時(shí)鐘信號(hào)clk觸發(fā)，在時(shí)鐘信號(hào)clk為高的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)采樣開關(guān)s1閉合，采樣保持電路將電感電流平均值采樣保持到電容csh中；

26、s3、由于時(shí)鐘信號(hào)clk經(jīng)過非門后與鎖存器rs的輸出進(jìn)行“與”運(yùn)算，因此此時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1并未開啟，待clk信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶篁?qū)動(dòng)信號(hào)g1開始變?yōu)楦唠娖剑?qū)動(dòng)信號(hào)g2變?yōu)榈碗娖剑?/p>

27、s4、驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2變?yōu)榈碗娖胶蠓烹婇_關(guān)s2斷開，電容csim的電壓在充電電流isim的作用下線性增加，isim的值由輸入電壓vin和輸出電壓vout的差值以及偏置電壓vcc共同控制，模擬電感電流上升的波形并疊加一定的斜率補(bǔ)償分量，同時(shí)csim電壓和csh電壓疊加得到等效的電感電流上升階段波形信號(hào)ilsim；

28、s5、波形信號(hào)ilsim和調(diào)制信號(hào)vcomp進(jìn)行比較，當(dāng)ilsim信號(hào)大于vcomp信號(hào)的時(shí)刻將驅(qū)動(dòng)信號(hào)g1置低且驅(qū)動(dòng)信號(hào)g2置高，放電開關(guān)s2閉合將csim電容放電，電感電流進(jìn)入下降階段，等待下一個(gè)周期clk信號(hào)開啟一個(gè)新的開關(guān)周期循環(huán)。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

30、本發(fā)明僅通過采樣電感電流平均值、輸入電壓值和輸出電壓值實(shí)現(xiàn)電源變換器的峰值電流控制，根據(jù)變換器的基本工作原理，通過得到輸入電壓和輸出電壓的差值并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的可變化的電流值或變量，該電流值給一個(gè)固定電容器充電產(chǎn)生線性增加的斜坡信號(hào)或相對(duì)應(yīng)的遞增計(jì)數(shù)值，該斜坡信號(hào)或遞增計(jì)數(shù)值模擬電感電流的上升值。同時(shí)采集電感電流的平均值以獲取斜坡信號(hào)或遞增計(jì)數(shù)值的相應(yīng)偏置量。將斜坡信號(hào)與采集的電感電流平均值相疊加，或遞增計(jì)數(shù)值與電感電流平均值相應(yīng)的偏置量疊加，得到等效的電感電流實(shí)時(shí)值，以此來(lái)模擬實(shí)際電感電流的變化，并使用該信號(hào)或變量值與閉環(huán)控制器的輸出進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)等效峰值電流控制。該實(shí)現(xiàn)方法省去了實(shí)時(shí)電流采樣電路，僅采樣電感電流的平均值，可降低電流采樣的難度，并可使用靈活使用低阻值的采樣電阻降低采樣損耗，減小電源變換器空間占用，有利于提高變換器功率密度、提高開關(guān)頻率和提高變換器隔離電壓等級(jí)。