CN1710790A - 可调节多个开关变换器脉冲宽度的控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制器，尤其是一种可同时调节多个开关变换器脉冲宽度的控制***。多个控制器相连，形成一个控制***，所有控制器的开关变换器驱动控制脉冲端连接在一起；开关变换器驱动控制脉冲端与开关变换器中的PWM控制器相连输入PWM反馈信号；开关电源主电路输出端的电流或电压等具体变量通过处理后的信号，直接接入被控对象采集信号端；被控对象采集信号端的信号通过一个电阻后接入信号母线端；所有控制器的信号母线端连接在一起；开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端连接开关电源主电路被控制端。

Description

可调节多个开关变换器脉冲宽度的控制***

                        技术领域

本发明涉及一种控制器，尤其是一种可同时调节多个开关变换器脉冲宽度的控制***。

                        背景技术

当前最常用的脉宽调节技术有PWM、调频、调开通时间、调关断时间等，但方式上主要有以下两种。第一种通过专用的PWM控制器(如UC3842等)进行调节，这也是使用最多的技术。另一种是使用数字电路，即使用单片机或DSP对信号进行处理，但这种方法相对复杂。

在多开关变换器中均流，均压控制中，需要通过对控制量的采集和反馈去控制各个开关变换器的开关信号宽度来实现对其电流或电压的控制，从而实现这些功能。

而在同一个开关变换器中，也可以通过控制开关信号宽度来实现对磁伏秒平衡或多电平变换器中中性点电平的控制。

磁开关一般被用于多路输出开关电源的主功率回路中，可以通过控制磁开关复位的深度对开关电源的输出进行调节。在没有饱和时，磁开关相当于一个感值很大的电感，电路中电流几乎不变，因而这时电路中的电压信号不能被传递，电路相当于断开；当磁开关受到电压乘以时间(伏秒)达到一定值使之饱和时，磁开关饱和，则相当于短路，从磁开关不饱和到饱和这段时间即为被磁开关电路斩去的脉冲波形。

                        发明内容

本发明通过线性量控制实现对开关量调节，即对脉冲实施后处理来最终实现同时对两个或两个以上的开关变换器或一个开关变换器中的两个或两个以上开关中被控制对象电流或电压等具体变量进行调节。

本发明所述的控制***，其控制器可多个相连，形成一个控制***，所有控制器的开关变换器驱动控制脉冲端连接在一起；开关变换器驱动控制脉冲端与开关变换器中的PWM控制器相连输入PWM反馈信号；开关电源主电路输出端的电流或电压等具体变量通过处理后的信号，直接接入被控对象采集信号端；被控对象采集信号端的信号通过一个电阻后接入信号母线端；所有控制器的信号母线端连接在一起；开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端连接开关电源主电路被控制端。上述的控制器包括输入功率放大电路输入端与开关变换器驱动控制脉冲端相连；输出功率放大电路输出端与开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端相连；磁开关电路输入端与输入功率放大电路输出端相连，输出端与输出功率放大电路输入端相连；协调控制器输入端分别与被控对象采集信号端、信号母线端相连，输出端与磁复位电路输入端相连；磁复位电路输出端与磁开关电路被控制端相连；从开关变换器中的被控对象采集信号经协调控制器通过磁复位电路控制磁开关电路，由磁开关的斩波特性使磁开关电路将开关变换器驱动控制脉冲端调整为开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端的信号。

上述开关电源主电路可以是多个单独的开关变换器，也可以是一个开关变换器中的多个开关模块。

多个控制器模块之间可以并联成均流控制电路，将各控制器模块采集的电流信号通过汇集形成均流母线，模块的信号与均流信号母线端的信号共同送入协调控制器提取出控制信号，由磁开关的控制分别对各模块驱动波型进行斩波调节。多个控制器模块也可以串联成均压控制电路，将各模块采集的电压信号通过汇集形成均压信号母线，模块的信号与均压信号母线端的信号共同送入协调控制器提取出控制信号，由磁开关的控制分别对各模块驱动波型进行斩波调节。

上述开关变换器驱动控制脉冲端输入的信号可以是PWM信号，也可以是其他调频的开关量信号、脉冲信号等。

在控制器用于单个AC变换器的正负伏·秒(或安·秒)平衡时，所述的控制对象选择变换器的输出信号的时间积分量，采样信号无需汇集可直接送协调控制器。

在控制器用于单个模块中多电平开关变换器的中性点电压的平衡控制时，所述的采样信号和控制对象均为开关变换器中的各中性点电压。

上述协调控制器采用比例积分控制器。上述开关电源主电路输出端的信号，由电流采样放大电路采集，也可以用霍尔元件或电流互感器采样电路或电阻采样电路等采集。上述采集信号汇集方式采用平均值方式，也可以是主从方式或最大值方式。

本发明对脉冲实施后处理来最终实现同时对两个或两个以上的开关变换器或一个开关变换器中的两个或两个以上开关中被控制对象电流或电压等具体变量进行调节；利用磁开关能够对方波进行斩波的特性控制脉冲的宽度进行调节从而达到对整个***特定电气量控制。同时通过对***中被控信号的采样反馈，通过简单的磁放大电路对原始脉宽进行相应调节，来取代一些专用芯片或者单片机的功能，节省了成本，有很高的工业用价值。

                        附图说明

图1本发明电路的控制器间的一种连接结构框图；

图2本发明用于均流的***的基本结构框图；

图3本发明用于开关电源均压的***的基本结构框图；

图4本发明用于多四电平中点均压的基本结构框图；

图5本发明用于伏秒平衡的基本结构框图。

各图中：1为开关变换器驱动控制脉冲端；2为开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端；3为被控对象采集信号端；110为输入功率放大电路；120为输出功率放大电路；130为磁开关电路；140为磁复位电路；150为协调控制器；210为控制器；RX为电阻。

                      具体实施方式

具体实施例1：控制器210包括输入功率放大电路110输入端与开关变换器驱动控制脉冲端1相连；输出功率放大电路120输出端与开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端2相连；磁开关电路130输入端与输入功率放大电路110输出端相连，输出端与输出功率放大电路120输入端相连；协调控制器150输入端分别与被控对象采集信号端3、信号母线端相连，输出端与磁复位电路140输入端相连；磁复位电路140输出端与磁开关电路130被控制端相连；从开关变换器中的被控对象采集信号经协调控制器150通过磁复位电路140控制磁开关电路130，由磁开关的斩波特性使磁开关电路130将开关变换器驱动控制脉冲端1调整为开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端2的信号。将上述控制器210多个相连，形成一个控制***：所有控制器210的开关变换器驱动控制脉冲端1连接在一起；开关变换器驱动控制脉冲端1与开关变换器中的PWM控制器相连输入PWM反馈信号；开关电源主电路输出端的电流或电压等具体变量通过处理后的信号，直接接入被控对象采集信号端3；被控对象采集信号端3的信号通过一个电阻RX后接入信号母线端；所有控制器210的信号母线端连接在一起；开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端2连接开关电源主电路的被控制端。其中：开关电源主电路为多个单独的开关变换器；开关变换器驱动控制脉冲端1输入的信号是PWM信号；协调控制器150采用比例积分控制器；开关电源主电路输出端的信号，由电流采样放大电路采集；采集信号汇集方式采用平均值方式。

具体实施例2：具体实施例1中所述的控制***，其在控制器210用于单个AC变换器的正负伏·秒(或安·秒)平衡时，所述的控制对象选择变换器的输出信号的时间积分量，采样信号无需汇集可直接送协调控制器150；开关电源主电路是一个开关变换器中的多个开关模块；开关变换器驱动控制脉冲端1输入的信号是调频的开关量信号或脉冲信号等；开关电源主电路输出端的信号，用霍尔元件采集；采集信号汇集方式采用主从方式。

具体实施例3：具体实施例1中所述的控制***，其多个控制器210模块之间由并联成均流控制电路，将各控制器210模块采集的电流信号通过汇集形成均流母线，模块的信号与均流信号母线端的信号共同送入协调控制器150提取出控制信号，由磁开关的控制分别对各模块驱动波型进行斩波调节；开关电源主电路输出端的信号，用电流互感器采样电路采集；采集信号汇集方式采用最大值方式。

具体实施例4：具体实施例1中所述的控制***，其多个控制器210模块串联成均压控制电路，将各模块采集的电压信号通过汇集形成均压信号母线，模块的信号与均压信号母线端的信号共同送入协调控制器150提取出控制信号，由磁开关的控制分别对各模块驱动波型进行斩波调节；在控制器210用于单个模块中多电平开关变换器的中性点电压的平衡控制时，所述的采样信号和控制对象均为开关变换器中的各中性点电压；开关电源主电路输出端的信号，用电阻采样电路采集。

开关变换器驱动控制脉冲的宽度进行调节的控制器电路，包括两个功率放大电路，一个磁开关，一个假负载，一个磁复位信号产生电路及一个磁复位电路。脉冲信号经过功率放大110放大之后由磁开关120对其斩波，即根据复位信号对其脉宽进行调节。协调控制器150通过被控对象的采样信号和母线信号的比较确定了磁复位信号的大小，从而达到通过控制脉宽来控制电路中被控对象的目的。

这种脉宽调节器可以用于均流、均压、交流输出正负伏秒平衡、多电平均压等等。

在多机并联***的均流，这个***由N个开关电源主电路并联组成功率部分，由一个PWM控制器和每主电路对应的本发明控制器构成控制部分。PWM控制器通过负载端反馈产生一个PWM信号经过PWM信号处理电路提供给每一路主电路单元，并且由采样电流信号的大小和母线(母线电压为每路采样电压的平均值)比较决定对PWM信号进行斩波处理的幅度，若某一路采样的电流信号大于母线电压，则这一路PWM信号脉宽将会被减小后送至主电路单元，使得这一路的输出电压降低而令输出电流减少，从而达到均流的目的。

这里，PWM控制器为普通的单端PWM控制器，如UC3842等。电源主电路可以是任意单端拓扑如buck，boost，forward等，也可以是如半桥，全桥，推挽等多端拓扑，用于这些多端拓扑时要对PWM信号处理电路处理后的信号利用数字电路分成几路。

该***采用平均值均流法，信号母线为每一路电流采样信号的平均值。虚线框中为本发明电路，为方便说明，这里只采用了两路进行阐述，多路和两路原理是一样的。每一路的电流被采样至运放的输入端，和母线信号比较后产生复位电流，然后由复位电流信号去控制磁放大器对电流大的那一路的PWM信号进行斩波，从而使得电流大的那一路的输出电压减小从而减小该路的输出电流，而电流最小的一路仍维持原PWM输出信号。每一路相同的PWM都会经过本发明电路处理之后PWM信号占空比都不尽相同，其大小由各自反馈的复位信号的电平高低来控制。

同样，如果将电流采样信号变成电压采样信号，就成为了一个多个开关电源串联***的均压控制器。

另外，根据被控制对象的不同，本发明还可用于单个模块中三电平变换器的中性点电压的平衡控制，以变换器的均压电容电压作为采样信号和控制对象。同样用于多电平变换器时使用本发明电路也可以达到很好的均压效果。

控制器还可以用于单个AC变换器的正负伏·秒(或安·秒)平衡，以变换器的输出信号的时间积分量为磁开关控制器的控制量，输出信号无需汇集可直接送协调控制器正负输入端。当正伏秒大于负伏秒时，则通过本发明电路削减正伏秒对应的的开关管的PWM脉宽，反之则削减另一路PWM脉宽。从而达到控制伏秒平衡的目的。

当本发明电路应用于并联开关电源***中的均流控制时，包括一个PWM控制器和每主电路对应的信号处理电路及电流采样构成控制部分。PWM控制器负责对输出电压进行反馈并且产生一个PWM信号。这个PWM信号被送至每一路PWM信号处理电路，由本发明电路对这个PWM信号进行处理之后再送到相对应的主电路驱动。

当本发明作为均流控制器时，每一路的电流被采样至运放的输入端，和母线信号比较后产生复位电流，然后由复位电流信号去控制磁放大器对电流大的那一路的PWM信号进行斩波，从而使得电流大的那一路的输出电压减小从而减小该路的输出电流，达到均流的目的。

在开关电源的高压输出中的应用中，有时需要多个电源串联。

在多电平变换器中，要求各分压电容保持均压。因而通过本发明对每一电平的电容电压的采样和反馈，使得多电平电路的均压得以实现。

在AC变换器中不能出现直流偏置，因而输出正电压的伏秒必须要和负电压的伏秒相等。当正伏秒大于负伏秒时，则通过本发明电路削减正伏秒对应的的开关管的PWM脉宽，反之则削减另一路PWM脉宽。

Claims (10)

1.可调节多个开关变换器脉冲宽度的控制***，其中控制器(210)包括输入功率放大电路(110)输入端与开关变换器驱动控制脉冲端(1)相连；输出功率放大电路(120)输出端与开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端(2)相连；磁开关电路(130)输入端与输入功率放大电路(110)输出端相连，输出端与输出功率放大电路(120)输入端相连；协调控制器(150)输入端分别与被控对象采集信号端(3)、信号母线端相连，输出端与磁复位电路(140)输入端相连；磁复位电路(140)输出端与磁开关电路(130)被控制端相连；从开关变换器中的被控对象采集信号经协调控制器(150)通过磁复位电路(140)控制磁开关电路(130)，由磁开关的斩波特性使磁开关电路(130)将开关变换器驱动控制脉冲端(1)调整为开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端(2)的信号，其特征是：所述控制器(210)可多个相连，形成一个控制***，所有控制器(210)的开关变换器驱动控制脉冲端(1)连接在一起；开关变换器驱动控制脉冲端(1)与开关变换器中的PWM控制器相连输入PWM反馈信号；开关电源主电路输出端的电流或电压等具体变量通过处理后的信号，直接接入被控对象采集信号端(3)；被控对象采集信号端(3)的信号通过一个电阻(RX)后接入信号母线端；所有控制器(210)的信号母线端连接在一起；开关变换器中的驱动变压器控制信号输入端(2)连接开关电源主电路的被控制端。

2.根据权利要求1所述的控制***，其特征是：所述的开关电源主电路可以是多个单独的开关变换器，也可以是一个开关变换器中的多个开关模块。

3.根据权利要求1所述的控制***，其特征是：多个控制器(210)模块之间并联成均流控制电路，将各控制器(210)模块采集的电流信号通过汇集形成均流母线，模块的信号与均流信号母线端的信号共同送入协调控制器(150)提取出控制信号，由磁开关的控制分别对各模块驱动波型进行斩波调节。

4.根据权利要求1所述的控制***，其特征是：多个控制器(210)模块串联成均压控制电路，将各模块采集的电压信号通过汇集形成均压信号母线，模块的信号与均压信号母线端的信号共同送入协调控制器(150)提取出控制信号，由磁开关的控制分别对各模块驱动波型进行斩波调节。

5.根据权利要求1所述的控制***，其特征是：所述的开关变换器驱动控制脉冲端(1)输入的信号可以是PWM信号，也可以是其他调频的开关量信号、脉冲信号等。

6.根据权利要求1或3所述的控制***，其特征是：在控制器(210)用于单个AC变换器的正负伏·秒(或安·秒)平衡时，所述的控制对象选择变换器的输出信号的时间积分量，采样信号无需汇集可直接送协调控制器(150)。

7.根据权利要求1或4所述的控制***，其特征是：在控制器(210)用于单个模块中多电平开关变换器的中性点电压的平衡控制时，所述的采样信号和控制对象均为开关变换器中的各中性点电压。

8.根据权利要求1或3或4所述的控制***，其特征是：所述的协调控制器(150)采用比例积分控制器。

9.根据权利要求1或3或4所述的控制***，其特征是：所述的开关电源主电路输出端的信号，由电流采样放大电路采集，也可以用霍尔元件或电流互感器采样电路或电阻采样电路等采集。

10.根据权利要求3或4所述的控制***，其特征是：所述的采集信号汇集方式采用平均值方式，也可以是主从方式或最大值方式。

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