[发明专利]脉冲序列控制型开关电源及开关控制方法

说明书

本发明提供了一种脉冲序列控制型开关电源及控制方法，所述开关电源包括变换单元、脉冲选择单元、脉冲发生单元以及驱动单元，其中：所述脉冲发生单元，用于产生频率相同、占空比不同的第一脉冲信号和第二脉冲信号，且所述第一脉冲信号的占空比大于所述第二脉冲信号的占空比；所述脉冲选择单元，用于根据流经输出滤波电容的电容电流以及所述变换单元的输出电压，选择所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号作为所述驱动单元的输入；所述驱动单元，用于根据输入信号驱动所述开关管导通。本发明基于变换单元中流经载侧的滤波电容的电容电流与输出电压，来选择高、低功率脉冲，从而矫正了因输出电压滞后电感电流而引起的低频振荡现象。

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种脉冲序列控制型开关电源及开关控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展和便携式电子设备的普及，对开关电源性能和成本的要求越来越高。开关电源一般采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制方案，而上述PWM控制方案需要设计合适的误差放大器及其补偿网络，增加了控制系统设计的复杂性，制约了开关电源的稳定和瞬时性能的提高。

脉冲序列(Pulse Train，PT)控制方案是近年来出现的一种新型开关电源控制技术，其根据开关电源的工作状况，在每个开关周期起始时刻从预设的高功率控制脉冲和低功率控制脉冲中选择开关管有效控制信号：当开关电源输出电压低于参考电压时，选择高功率控制脉冲作为有效的控制信号，从而增加变换器从输入端吸收的能量，迫使输出电压上升；反之，选择低功率控制脉冲作为有效的控制信号，从而减少变换器从输入端吸收的能量，迫使输出电压下降。相对于PWM控制方案，PT控制方案是通过调整两组预设频率相同、占空比不同的高、低功率脉冲序列组合实现对输出电压的调节，具有电路实现简单、不需补偿控制网络、响应速度快的优点，适用于性价比要求高的开关电源系统。

PT控制方案在电感电流断续导电模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)的开关变换器得到了成功的应用。在DCM模式下，每个开关周期起止时刻电感储能为零，变换器一个开关周期内输入的能量全部传递到输出端。因此，高功率控制脉冲作用时输出电压上升，低功率控制脉冲作用时输出电压下降。

为了拓宽变换器的功率范围，可将PT控制方案推广到电感电流连续导电模式(Continuous Conduction Mode，CCM)的开关变换器(以下简称CCM变换器)中，但开关周期起止时刻电感储能不再相等，由此导致高功率脉冲作用时，电感电流上升，但不能保证输出电压立即上升；反之，低功率脉冲作用时，电感电流下降，但不能保证输出电压立即下降。因此，采用PT控制方案的CCM变换器的输出电压存在调节的滞后性并由此引发了低频振荡现象，严重影响了开关变换器的工作性能。

针对采用PT控制方案的CCM变换器的低频振荡行为，目前主要从两方面展开。一方面从低频振荡产生的机理出发，通过提出新的控制方法从根本上消除低频振荡现象，例如：

(1)采用双模式(dual-mode PT/PWM)控制，使变换器稳态时工作于PWM控制模式，保证变换器稳态时输出电压的精度；瞬态时工作于PT控制模式，保证变换器瞬时响应性能，但该方案控制过程复杂。

(2)采用谷值电流型脉冲序列(VCM-PT)控制，使一个开关周期内电感储能的变化量为零，从根本上消除了CCM变换器的低频振荡现象，但同时也限制了CCM变换器功率范围。

(3)针对VCM-PT控制技术的缺陷提出了多谷值电流型脉冲序列(MVC-PT)控制方法，通过增加预设负载电流参考值及谷值电流数量拓宽了CCM变换器功率范围，但控制器复杂、成本高、鲁棒性差。

(4)针对MVC-PT控制技术存在的问题提出了滑动谷值电流型脉冲序列(SVC-PT)控制方法，简化了控制电路及设计，节约了电路成本，避免过多的预设值对电路精度及稳定性的影响，同时提高了变换器功率范围及实现最小纹波输出，但变换器设计较为复杂。