一種適用于提高級聯變換器系統穩定性的控制電路的制作方法

本發明涉及一種開關電源控制電路，尤其涉及實現提高級聯DC-DC變換器系統的穩定性的控制電路。

背景技術：

傳統的DC/DC級聯變換器系統中，為了提高系統的穩定性，通常采用在中間直流母線上添加有源或者無源濾波器模塊，來改變前后變換器模塊的阻抗比值，但是這樣會帶來系統的功率密度以及整體效率降低等問題。因此為了平衡級聯系統的實用性與成本，亟需一種基于交流擾動反饋信號的控制電路。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種基于交流擾動反饋信號的控制電路。

一種適用于提高級聯DC-DC變換器系統穩定性的控制電路，包括前后兩級電源模塊、前后兩個電壓控制模塊以及交流擾動小信號采樣模塊；所述前后兩級電源模塊均采用Buck變換器，前級Buck變換器包括開關電源、開關管Q_F、二級管D_F、電感L_F以及電感等效串聯電阻r_LF、電容C_F以及電容等效串聯電阻r_CF，后級變換器包括開關管Q_S、二級管D_S、電感L_S以及電感等效串聯電阻r_LS、電容C_S以及電容等效串聯電阻r_CS；所述前后兩級變換器的電壓控制模塊均包括輸出電壓采樣單元、電壓補償單元和比較器；所述交流擾動小信號采樣模塊由差分放大器組成，所述差分放大器同相輸入端通過電阻與直流參考信號相連，反相輸入端與通過電阻與CR串聯低通濾波網絡相連。

進一步地，所述前后兩級變換器電壓控制電路相同，區別在于控制參數不同，輸出分別連接開關管Q_F、Q_S的柵極，且相互獨立。

進一步地，前后兩個Buck變換器組成級聯系統，所述開關管Q_F的漏極接開關電源V_in正極，所述開關管Q_F的源極接二極管D_F的陰極以及電感L_F的一端，所述開關管Q_S的漏極接電容C_F的一端，所述開關管Q_S的源極接二極管D_S的陰極以及電感L_S的一端。

進一步地，所述電壓補償單元為type III補償器，包括運算放大器、電阻R₁、R₂、R₃，電容C₁、C₂、C₃，所述運算放大器的同相輸入端連接交流擾動小信號采樣模塊的輸出，所述運算放大器的反相輸入端與電阻R₁和電容C₂相連接，電阻R₂與電容C₁串聯后與電阻R₁并聯，并設置在所述運算放大器的反相輸入端和電壓采樣單元輸出之間，電阻R₃和電容C₂串聯后與電容C₃并聯設置在所述運算放大器反相輸入端和輸出端之間。

進一步地，所述電壓采樣單元由采樣電阻R_a、R_b分壓組成，前后級采樣電阻大小取決于其所需輸出電壓穩定值。

進一步地，交流擾動小信號模塊包括運算放大器、電阻R₄、R₅、R₆、R₇、R₈和電容C₄，所述運算放大器的同相輸入端與電阻R₆、R₈的一端相連，電阻R₆、R₈的另一端分別接直流參考信號V_ref和地，所述運算放大器的反相輸入端連接電阻R₅，電阻R₅的另一端連接電阻R₄和電容C₄，電阻R₄和電容C₄的另一端分別連接輸出電壓和地，所述運算放大器的輸出端與反相輸入端之間設有電阻R₇。

進一步地，所述交流擾動小信號模塊中的電阻R₄的取值為零時，所述電壓補償單元運算放大器的同相輸入端與直流參考信號V_ref相連，此時電壓控制回路等效于傳統的電壓控制方法。

本發明的有益效果是：在傳統的電壓調節控制電路中額外引入了交流擾動變化量，既不會影響電源系統的功率密度，同時也不會降低整體的工作效率。結構簡單，不需要添加額外的功率器件，具有較強的實用性。

附圖說明

圖1是本發明的前后級電源變換器模塊電路圖；

圖2是本發明的電壓采樣以及補償單元、交流擾動小信號采樣模塊電路圖。

具體實施方案

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

如附圖1所示，本發明的適用于提高級聯DC-DC變換器穩定性能的控制電路及其控制方法，其包括前后兩級電源變換器模塊(前級變換器稱為源變換器，后級變換器稱為負載變換器)、前后兩級電壓控制模塊以及交流擾動小信號采樣模塊。當單獨能夠穩定工作的兩級DC-DC變換器組成的級聯系統針對相同的負載供電發生不穩定現象時，在前級或者后級傳統的電壓閉環控制中加入交流擾動電壓小信號，通過控制調節交流擾動信號的大小來實現級聯系統的穩定性能的有效提高。

所述的級聯DC-DC變換器系統由前后Buck變換器組成，前級Buck變換器包括開關電源、開關管Q_F、二級管D_F、電感L_F以及電感等效串聯電阻r_LF、電容C_F以及電容等效串聯電阻r_CF，后級變換器包括開關管Q_S、二級管D_S、電感L_S以及電感等效串聯電阻r_LS、電容C_S以及電容等效串聯電阻r_CS，所述前級開關管Q_F的漏極接開關電源，所述開關管Q_F的源極接二極管D_F的陰極以及電感L_F的一端，所述二極管D_F的陽極接地，所述電感L_F的另一端與電感等效串聯電阻r_LF相連，所述開關管Q_S的漏極接電容C_F的一端，所述開關管Q_S的源極接二極管D_S的陰極以及電感L_S的一端，所述二極管D_S的陽極接地，所述電感L_S的另一端與電感等效串聯電阻r_LS相連，開關管可以是MOSFET管。

所述交流擾動小信號模塊，如附圖2所示(圖中的AC signal部分)，包括運算放大器、電阻R₄、R₅、R₆、R₇、R₈和電容C₄，所述運算放大器的同相輸入端與電阻R₆、R₈的一端相連，電阻R₆、R₈的另一端分別接直流參考電壓信號V_ref和地，所述運算放大器的反相輸入端連接電阻R₅，電阻R₅的另一端連接電阻R₄和電容C₄，電阻R₄和電容C₄的另一端分別連接前級輸出電壓和地，所述運算放大器的輸出端與反相輸入端之間設有電阻R₇。

所述電壓補償單元為type III補償器，如附圖2所示(圖中的Type III部分)，包括運算放大器、電阻R₁、R₂、R₃，電容C₁、C₂、C₃，所述運算放大器的同相輸入端連接交流擾動小信號采樣模塊的輸出，所述運算放大器的反相輸入端與電阻R₁和電容C₂相連接，電阻R₂與電容C₁串聯后與電阻R₁并聯，并設置在所述運算放大器的反相輸入端和電壓采樣單元輸出之間，電阻R₃和電容C₂串聯后與電容C₃并聯設置在所述運算放大器反相輸入端和輸出端之間。

工作原理如下：當級聯DC-DC變換器系統產生級聯震蕩現象時，前后兩級的交流擾動小信號模塊可以將中間級或者后級的輸出電壓的交流擾動信號引入到電壓補償單元的直流參考電壓信號當中，從而改變控制回路，加入交流擾動小信號后的電壓補償單元的傳遞函數G_c2(s)為：

其中，

當R₄＝0時，交流擾動小信號采樣模塊的輸出為零，此時的控制環路即等效于傳統的電壓控制模塊，電壓補償單元的傳遞函數為G_c1(s)，H(s)為交流擾動小信號模塊的傳遞函數。通過調節R₄的值來改變引入交流的擾動信號的大小，達到使源變換器輸入阻抗減小，負載變換器輸入阻抗增大的效果，從而使前后兩級變換器的阻抗比滿足穩定性判據，實現提高級聯系統穩定性的效果。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。