[发明专利]用于开关电源的无级限流控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种限流控制系统，特别涉及一种应用于开关电源的无级限流控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，带有电压环和电流环控制的开关电源，其限流方法如下：

（1）硬件限流法（或称硬件峰值限流法）：

当输出电流Ioi超过输出电流限流点ILmt时，由硬件电路关断驱动PWM信号，实现输出电流限流目的，但在此时电压环、电流环均等效开环，当检测输出电流小于Ilmt时，由于限流时电压环以及电流环开环饱和，驱动输出最大占空比功率管开关应力大，降低系统的可靠性，并且由于硬件限流方法容易导致功率管驱动震荡（驱动全开、驱动关断交替），驱动开关频率不稳定导致系统噪声变大，输出电压纹波较大。另外采用硬件限流的方法，系统的输出电流的限流点只能为一个点，无法根据需求满足单系统多个限流点的应用要求。

（2）软件限流法（或称软件峰值限流法）：

当输出电流Ioi超过输出电流限流点ILmt时，由软件直接关断驱动PWM信号，实现输出电流限流目的，但在此时电压环等效开环，当检测输出电流小于输出电流限流点ILmt时，由于电压环以及电流环开环饱和，驱动输出最大占空比，功率管开关应力大，降低系统的可靠性，另外，现有软件限流法易导致功率管驱动震荡问题，同样存在系统噪声大，输出电压纹波大等问题。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提出一种用于开关电源的无级限流控制系统及其控制方法，具体方案如下：一种用于开关电源的无级限流控制系统，

包含依次连接的限流电压控制单元、电压环控制器、限流电流控制单元、电流环控制器和脉宽调制单元，所述脉宽调制单元的输出端接至开关电源DC/DC主电路的主功率开关管控制极；还包含一电压采样电路、一第一滤波器、一电流采样电路和一第二滤波器；所述电压采样电路的输入端和电流采样电路的输入端都接至所述DC/DC主电路，所述电压采样电路的输出端分别接至所述电压环控制器的反馈端和所述第一滤波器的输入端，所述第一滤波器的输出端接至所述限流电压控制单元；所述电流采样电路的输出端分别接至所述电流环控制器的反馈端和所述第二滤波器的输入端，所述第二滤波器的输出端分别接至所述限流电压控制单元和所述限流电流控制单元。

进一步的，所述电压环控制器为PID控制器或PI控制器，所述电流环控制器为PID控制器或PI控制器。

进一步的，所述第一滤波器的滤波时间大于控制周期，所述第二滤波器的滤波时间大于控制周期。

进一步的，所述第二滤波器的滤波时间小于所述第一滤波器的滤波时间。

进一步的，所述第一滤波器的滤波时间为100-1000倍的控制周期，所述第二滤波器的滤波时间为3-10倍的控制周期。

本发明还提供一种用于开关电源的无级限流的控制方法，用于对DC/DC主电路进行外环为电压环控制和内环为电流环控制的双闭环控制，其特征在于： 

在当前控制周期内，所述电压环控制中，限流电压控制单元根据DC/DC主电路输出的直流电压设置值Vref*、第一滤波器输出的输出电压采样平均值Vave、第二滤波器输出的输出电流采样平均值Iave以及上一控制周期的电压环控制器的给定Vref(k-1)经过限流电压法获得当前控制周期的电压环控制器的给定Vref，电压采样电路的采样输出电压值Voi作为电压环控制器的反馈，电压环控制器的给定Vref与反馈Voi取差值，经电压环控制器的PID或PI调节获得电压环控制器的输出控制量Iref*；

在所述电流环控制中，限流电流控制单元根据电压环控制器的输出控制量Iref*以及第二滤波器输出的输出电流采样平均值Iave经过限流电流法获得电流环控制器的给定Iref，电流采样电路的采样输出电流值Ioi作为电流环控制器的反馈，电流环控制器的给定Iref与反馈Ioi取差值，经电流环控制器的PID或PI调节获得脉宽调制单元的控制量，脉宽调制单元输出PWM信号控制DC/DC主电路稳压限流输出。

进一步的，在当前控制周期内，所述电压环控制中，所述限流电压控制单元经过限流电压法获得当前控制周期的电压环控制器的给定Vref，其具体实现步骤如下：

步骤S11：当前控制周期内，判断Iave是否大于Ilmt+ΔI，若Iave＞Ilmt+ΔI，进入步骤S12，若Iave≤Ilmt+ΔI，进入步骤S13；

步骤S12：限流电压控制单元将电压环控制器的给定Vref设定为 [Vave+Vref(k-1)]/2-Kv*ΔV，即令Vref=[Vave+Vref(k-1)]/2-Kv*ΔV，返回步骤S11；