基于脈沖序列控制技術(shù)的降壓型開關(guān)電源(2)

1. 2  PT 控制的實現(xiàn)方式

　　本節(jié)設(shè)計一種簡單實用的脈沖序列控制器， 如圖2 所示。圖2 中時鐘信號CP（ Clock Pulse） 由峰峰值為- 10 V到+ 10 V 的鋸齒波信號USAW 與電壓信號UGN D （ UGND = 0） 通過比較器Ccp產(chǎn)生； 變換器輸出電壓Uo 與基準(zhǔn)電壓Uref 通過比較器C1 產(chǎn)生電壓信號Ue;觸發(fā)器D 在時鐘來臨時刻將電壓信號Ue 傳遞至輸出端Q, 并在下一時鐘來臨之前保持不變； 比較器C2 將D 觸發(fā)器的輸出信號和鋸齒波進行比較產(chǎn)生控制脈沖PH 或PL 實現(xiàn)對變換器的控制。

　　上述PT 控制器的工作過程為： 在開關(guān)周期的起始時刻， 時鐘信號CP 來臨， 若此時Uo > Uref , 則Ue 為高電平； 時鐘信號同時使觸發(fā)器D 觸發(fā)， 觸發(fā)器輸出信號Ud 在下一時鐘脈沖來臨前保持高電平不變； 鋸齒波信號USAW 與Ud 經(jīng)過C2 比較， 輸出占空比為DL的低能量脈沖信號P L.若Uo< Uref , 則Ue 為低電平；觸發(fā)器輸出信號Ud 在下一時鐘脈沖來臨前保持低電平不變； 鋸齒波信號USAW 與Ud 比較產(chǎn)生占空比為DH的高能量脈沖信號PH .PT 控制器主要工作波形如圖2（ b） 所示。

圖2  DCM DC-DC 變換器在PT控制模式下的控制電路原理圖和工作波形

根據(jù)電源設(shè)計要求， 當(dāng)輸出電壓Uo 大于基準(zhǔn)電壓Uref 時， 控制脈沖為低能量脈沖， 占空比為DL:

　　式中， USH 為鋸齒波信號USAW 的最大值； USL 為鋸齒波信號USAW 的最小值。

　　將設(shè)計參數(shù)代入式（ 3） 中， 得到低能量脈沖的占空比為DL= 0. 25

　　同理， 當(dāng)輸出電壓Uo 小于基準(zhǔn)電壓Uref 時， 控制脈沖為高能量脈沖的占空比：

　　得高能量脈沖的占空比為DH = 0. 5.

　　2  仿真及實驗驗證

　　為了驗證PT 控制方法和模擬控制器的可行性，設(shè)計了一個基于PT 控制的DCM Buck 變換器， 其主要參數(shù)為： Uin = 15 V, Uo = 5 V, L = 100uH, C=470uF, R= 10Ω , f = 10 kHz.

　　圖3 顯示了PT 控制的DCM Buck 變換器工作仿真波形。在圖3 中可以看出， 當(dāng)Uo 大于Uref 時， 控制脈沖Upt 為低能量脈沖， 占空比為DL= 0. 25; 當(dāng)Uo 小于Uref 時， 控制脈沖Upt 為高能量脈沖， 占空比為DL =0. 5, 與設(shè)計參數(shù)相符合。此時的控制脈沖序列為PH -PL - PL .

圖3  PT控制DCM Buck變換器工作仿真波形圖

　　由圖3 可知， 輸出電壓Uo 的紋波隨著電感電流I L 的變化而變化?？刂菩盘柮枯敵鲆粋€高能量脈沖，輸出電壓紋波值增大； 輸出低能量脈沖時， 輸出電壓紋波值減小， 但是其值始終在5 V 上下范圍內(nèi)波動。仿真結(jié)果與實驗設(shè)計要求一致。

圖4  PT 控制DCM Buck 變換器控制脈沖信號與輸出電壓波形和輸出電壓紋波波形

　　從圖4（ a） 中， 可以看出當(dāng)MOSFET 管導(dǎo)通控制信號為高能量脈沖占空比為DH 時， 輸出電壓Uo 有小幅上升； 而MOSFET 管導(dǎo)通控制信號為低能量脈沖占空比為DL 時， 輸出電壓Uo 有小幅下降， 與仿真波形圖一致。在圖4（ b） 中， 可觀察輸出電壓Uo 的紋波圖， 能夠更清楚地反映開關(guān)管導(dǎo)通控制信號與輸出電壓的變化關(guān)系。從圖中， 可以更加明顯看到開關(guān)管導(dǎo)通控制信號的變化對輸出電壓的影響， 與仿真結(jié)果基本一致。

　　3  結(jié)論

　　本文在介紹了一種新型控制技術(shù)--脈沖序列控制技術(shù)， 并將其應(yīng)用于DCM 模式的降壓型Buck DC-DC 變換器， 用模擬方式實現(xiàn)了開關(guān)變換器對輸出電壓的控制。本文介紹的理論不需要誤差計算等詳細的小信號或大信號分析， 且適用于各種開關(guān)變換器， 仿真和實驗結(jié)果驗證了PT 控制方法的可行性。