一种dcdc电源反馈控制电路的制作方法-j9九游会真人

一种dcdc电源反馈控制电路
技术领域
1.本发明涉及同步电机技术领域，具体涉及一种dcdc电源反馈控制电路。


背景技术：

2.在开关电源设计中，电源反馈控制的方式很重要，会影响到开关电源的诸多性能指标，譬如输出纹波，动态特性，稳定性，保护特性等；电源的反馈控制方式分别有以下三种：单电压环，单电流环，电压环和电流环双环控制；
3.在比较简单的开关电源中，只需要一个单闭环就可以实现产品的恒压或者恒流输出。对恒压源，只需要控制输出电压稳，对于恒流源只需要控制输出电流稳定。但在更多情况下，dcdc电源需要对多变量进行控制，比如dcdc输出电源既需要满足恒压输出，也需要做恒流输出或恒功率输出；pfc整流既需要输出电压闭环也需要输入电流闭环以实现较大功率因数，电机控制既需要满足电流闭环，速度闭环，位置闭环。显然在这种复杂的应用场景下，仅用单闭环是无法满足要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种dcdc电源反馈控制电路。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种dcdc电源反馈控制电路，包括：
6.电流环电路，用于获取采样电压信号以及pwm波信号，对pwm波信号进行滤波并与采样电压信号进行比较后输出电平信号一；
7.电压环电路，用于获取dcdc电源的输出电压以及pwm波信号，对pwm波信号进行滤波并与输出电压进行比较后输出电平信号二；以及
8.双环比较电路，用于获取电平信号一以及电平信号二进行判断后调节输出电流或输出电压，对dcdc电源进行恒压输出或恒流输出。
9.进一步地，所述电流环电路包括电阻r1、r2、r5、r6、电容c1、c4和运算放大器u6，所述电阻r5、r6依次串联后与运算放大器u6的正输入端连接，所述电容c4的一端接入电阻r5、r6之间，所述电阻r1的一端与电阻r2连接后接入运算放大器u6的负输入端，电阻r1的一端获取采样电压信号，所述电容c1的一端接入电阻r1、r2之间。
10.进一步地，所述电流环电路还包括运算放大器u7、电阻r4和电容c3，所述电阻r4的一端与电容c3的一端连接后接入运算放大器u7的正输入端，电阻r4的另一端获取可调占空比的pwm波信号，所述运算放大器u7的负输入端与输出端连接后连接串联的电阻r5、r6；
11.采样电压信号通过r1和c1滤波后输入到运算放大器u6的负输入端，pwm波信号通过r4和c3滤波后输入到由运算放大器u7的正输入端，运算放大器u7输出的pwm波信号通过r5和c4再次滤波后输入运算放大器u6的正输入端，当采样电压信号大于pwm波信号的设定值时，运算放大器u6输出低电平，反之，输出高电平。
12.进一步地，所述电流环电路还包括电容c11、c2、电阻r3，所述电容c11的一端接入r2运算放大器u6之间，c11的另一端接入运算放大器u6的输出端，所述电容c2与r3串联后一
端接入c11与运算放大器u6的负输入端之间，另一端接入c11与运算放大器u6的输出端之间；
13.电容c11、c2、电阻r3和运算放大器u6构成ii型环路补偿电路，ii型环路补偿电路提供一个零点和两个极点，通过c2或电阻r3改变零点的位置,通过c11改变次极点的位置，调整极点和零点的位置，用于改变电流环电路的频率响应和相位响应。
14.进一步地，所述电压环电路包括电阻r12、r11、r10、r13，电容c8和运算放大器u2，所述电阻r13与运算放大器u2的正输入端连接，所述电容c8的一端接入电阻r13与运算放大器u2之间，所述电阻r12的一端通过电阻r10连接运算放大器u2的负输入端，所述电阻r11的一端接入电阻r12与r10之间，所述电阻r12、r11的另一端分别接入dcdc的正极和负极，获取输出电压。
15.进一步地，所述电压环电路还包括运算放大器u3、电阻r14和电容c9，所述电阻r14的一端与电容c9的一端连接后接入运算放大器u3的正输入端，电阻r14的另一端获取可调占空比的pwm波信号，所述运算放大器u3的负输入端与输出端连接后连接电阻r13；
16.输出电压经过r12和r11分压输入到运算放大器u2的负输入端，pwm波信号通过r14和c9滤波后输入到由运算放大器u3的正输入端，运算放大器u3输出的pwm波信号通过r13和c8再次滤波后输入运算放大器u2的正输入端，当输出电压大于pwm波信号的设定值时，运算放大器u2输出低电平，反之，输出高电平。
17.进一步地，所述电压环电路还包括电容c6、c7、电阻r22，所述运算放大器u2的负输入端与输出端通过串联的电容c6和电阻r22连接，所述电容c7的一端接入电容c6与运算放大器u2的负输入端，电容c7的另一端接入电阻r22与运算放大器u2的输出端；
18.电容c6、c7、电阻r22和运算放大器u2构成ii型环路补偿电路，ii型环路补偿电路提供一个零点和两个极点，通过c6或电阻r22改变零点的位置,通过c7改变次极点的位置，调整极点和零点的位置，用于改变电压环电路的频率响应和相位响应。
19.进一步地，所述双环比较电路包括二极管d2、电阻r7、r8、r9、电容c5和光耦u1，所述电阻r7一端与电流环电路连接，所述电阻r9一端与电压环电路连接，且电阻r7、r9的另一端分别与二极管d2连接后接入光耦u1的2脚，所述电阻r8的一端接入光耦u1的1脚，r8的另一端连接13vdd，所述电容c5连接光耦u1的3脚和4脚后连接com1；
20.com1连接llc拓扑的pwm控制芯片，当电流环电路输出高电平，电压环电路输出低电平，13vdd通过光耦u1、二极管d2、电阻r9形成回路，光耦u1导通使com1通过光耦u1的3、4脚拉到地，从而控制llc的mos管的开关频率去调节输出电压进行恒压处理；
21.当电流环电路输出低电平，电压环电路输出高电平，13vdd通过光耦u1、二极管d2、电阻r7形成回路，光耦u1导通使com1通过光耦u1的3、4脚拉到地，从而控制llc的mos管的开关频率去调节输出电流进行恒流处理。
22.进一步地，所述还包括用于获取输出电压进行分压处理以及比较后进行自循环的过压保护电路，所述过压保护电路包括三极管q1、二极管d3、运算放大器u4、光耦u5、电阻r16、r17、r18、r19、r20、r21和电容c10，所述电阻r20的一端依次通过电容c10、电阻r21的一端接入运算放大器u4的2脚，电阻r20的另一端连接dcdc的正极，所述电容c10、电阻r21的另一端通过运算放大器u4的3脚与光耦u5连接，所述运算放大器u4的1脚通过电阻r18接入三极管q1的基极，所述电阻r16的一端接入电阻r18与三极管q1之间，且电阻r16的另一端与三
极管q1的发射极连接后连接13vdd，所述三极管q1的集电极与二极管d3连接后分别接入电阻r19、r17的一端，所述电阻r19的另一端接入光耦u5的1脚，所述光耦u5的3脚和4脚连接com1，所述电阻r17的一端与电容c10连接。
23.由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：
24.该dcdc电源反馈控制电路使用电压环和电流环双环竞争的控制模式，电压环和电流环双环竞争的工作原理为在电源稳态运行时，只有一个环路在工作，另外一个环路饱和输出。电压闭环和电流闭环单独进行计算，对比计算结果，以结果小的作为环路的输出对pwm占空比进行控制。当输出电压大于给定电压，输出电流小于给定电流，电流环会通过积分达到饱和最大输出，而电压环作为实际控制输出，此时电压环输出减小，工作在恒压输出。相应的当输出电压小于给定电压，输出电流大于给定电流，工作在恒流坏。如果输出电压和输出电流都大于给定值，那么无论哪个环路输出更小，环路的输出都是变小，直到输出电压或者输出电流一个小于给定，一个在给定点附近恒定工作；
25.相对于以前单电压环和单电流环，双环竞争的控制方式有效地提高系统的稳定性，更好地抵抗外部干扰，从而提高系统的可靠性；有效地提高系统的精度，使系统能够更准确地输出；有效地提高系统的反应速度，使系统能够更快地响应变化；有效地提高系统的可扩展性，使系统能够更好地适应不同的应用场景；并且在双环竞争的基础上增加了输出过压锁死功能，提高了系统的可靠。
附图说明
26.图1为本发明电流环电路、电压环电路、双环比较电路整体连接电路图；
27.图2为本发明电流环电路图；
28.图3为本发明电压环电路图；
29.图4为本发明双环比较电路图；
30.图5为本发明过压保护电路图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1-5，本发明提供一种dcdc电源反馈控制电路，包括电流环电路、电压环电路、双环比较电路和过压保护电路，如图2所示，电流环电路包括电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、电容c1、c2、c3、c4、c11和运算放大器u6、u7，电阻r4的一端与电容c3的一端连接后接入运算放大器u7的正输入端，电阻r4的另一端获取可调占空比的pwm波信号，运算放大器u7的负输入端与输出端连接后通过依次串联的电阻r5、r6与运算放大器u6的正输入端连接，电容c4的一端接入电阻r5、r6之间，电阻r1的一端与电阻r2连接后接入运算放大器u6的负输入端，电阻r1的一端获取采样电压信号，电容c1的一端接入电阻r1、r2之间，电容c11的一端接入r2运算放大器u6之间，c11的另一端接入运算放大器u6的输出端，电容c2与r3串联后一端接入c11与运算放大器u6的负输入端之间，另一端接入c11与运算放大器u6的输出端之
间。
33.io1_xl是输出电流在输出端经过分流计得到的采样电压信号，该信号经过由r1和c1组成的rc滤波电路滤波后输入到运算放大器u6的6脚，iout1_ref是一个由dsp发出来的可调占空比的pwm波信号，pwm波信号组成的rc滤波电路滤波后输入到由运算放大器u7的3脚，运算放大器u7短接1、2脚构成电压跟随器，由于电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，常用于中间级，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响，起到缓冲作用；所以电压跟随器u7的作用是消除dsp对运算放大器u6的影响，提高系统的稳定性，从电压跟随器u7出来的pwm波信号再经过由r5和c4组成的rc滤波电路滤波后输入到由运算放大器u6的5脚；当io1_xl大于iout1_ref的设定值时，运算放大器u6输出低电平(即电平信号一)，反之，输出高电平((即电平信号一))；r2、r3构成阻抗匹配关系，c11、c2、r3和运算放大器u6构成ii型环路补偿电路，这种补偿电路会提供一个零点和两个极点；如下所示：
[0034][0035]fp1
＝0
[0036][0037]
传递函数:
[0038]
极点和零点位置由环路增益和环路相移确定，正极点会给波特图中的增益曲线增加
–
20db/dec斜率，并会给波特图中的环路相位曲线增加
–
90
°
相移；相反，正零点会给增益曲线增加20db/dec斜率，并会给环路相位曲线增加90
°
相移。当系统的相移将达到180
°
(相位裕量将达到0
°
)，环路会引起自振荡，设计人员应该避免这种风险。根据经验，应确保环路增益穿越频率处的斜率为
–
20db/dec。为了解决这个问题，设计人员只能更改补偿网络。通过c2、电阻r3改变零点的位置,通过c11改变次极点的位置，调整极点和零点的位置，可以改变环路的频率响应和相位响应，以确保增益或相位裕度。因此，可以在环路带宽和稳定性裕量之间取得平衡，通过环路补偿，可以在运算放大器u6的7脚得到更加准确的信号。
[0039]
如图3所示，电压环电路包括电阻r12、r11、r10、r22、r13、r14，电容c6、c7、c9、c8和运算放大器u2、u3，电阻r14的一端与电容c9的一端连接后接入运算放大器u3的正输入端，电阻r14的另一端获取可调占空比的pwm波信号，运算放大器u3的负输入端与输出端连接后连接电阻r13，电阻r13与运算放大器u2的正输入端连接，电容c8的一端接入电阻r13与运算放大器u2之间，运算放大器u2的负输入端与输出端通过串联的电容c6和电阻r22连接，电容c7的一端接入电容c6与运算放大器u2的负输入端，电容c7的另一端接入电阻r22与运算放大器u2的输出端，电阻r12的一端通过电阻r10连接电容c6，电阻r11的一端接入电阻r12与r10之间，电阻r12、r11的另一端分别接入dcdc的正极和负极，获取输出电压；
[0040]
vout1_sample与gnd8分别是dcdc输出的正极和负极，dcdc的输出电压经过r12和r11分压输入到运算放大器u2的6脚，vout1_ref也是一个由dsp发出来的可调占空比的pwm
波信号，pwm波信号通过r14和c9组成的rc滤波电路滤波后输入到运算放大器u3的3脚，运算放大器u3短接1、2脚构成电压跟随器，由于电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，常用于中间级，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响，起到缓冲作用；所以电压跟随器u3的作用是消除dsp对运算放大器u2的影响，提高系统的稳定性，也即运算放大器u3充当缓冲器，不对信号提供放大或衰减，从电压跟随器u3出来的pwm波信号经过r13和c8构成的rc滤波后输入运算放大器u2的5脚，当vout1_sample大于vout1_ref设定值时，运算放大器u2输出低电平(即电平信号二)，反之，输出高电平(即电平信号二)。
[0041]
电容c6、c7、电阻r22和运算放大器u2构成ii型环路补偿电路，ii型环路补偿电路提供一个零点和两个极点，通过c6、电阻r22改变零点的位置,通过c7改变次极点的位置，调整极点和零点的位置，用于改变电压环电路的频率响应和相位响应，以确保增益或相位裕度，因此，可以在环路带宽和稳定性裕量之间取得平衡，通过环路补偿，可以在运算放大器u2的7脚得到更加准确的信号。
[0042]
如图4所示，双环比较电路包括二极管d2、电阻r7、r8、r9、电容c5和光耦u1，电阻r7一端与电流环电路连接，电阻r9一端与电压环电路连接，且电阻r7、r9的另一端分别与二极管d2连接后接入光耦u1的2脚，电阻r8的一端接入光耦u1的1脚，r8的另一端连接13vdd，电容c5连接光耦u1的3脚和4脚后连接com1；c5起到滤波的作用，防止com1受到干扰，从而影响系统稳定；
[0043]
com1连接llc拓扑的pwm控制芯片，当输出电压vout1_sample大于给定电压vout1_ref设定值时，输出电流io1_xl小于给定电流iout1_ref，电流环电路会输出高电平，而电压环电路输出低电平，此时13vdd通过光耦u1、二极管d2、电阻r9形成回路，光耦u1导通使com1通过光耦u1的3、4脚拉到地，从而控制llc的mos管的开关频率去调节输出电压进行恒压处理，达到恒压效果；
[0044]
当输出电压vout1_sample小于给定电压vout1_ref，输出电流io1_xl大于给定电流iout1_ref时，电流环电路输出低电平，电压环电路输出高电平，13vdd通过光耦u1、二极管d2、电阻r7形成回路，光耦u1导通使com1通过光耦u1的3、4脚拉到地，从而控制llc的mos管的开关频率去调节输出电流进行恒流处理，达到恒流效果；
[0045]
如果输出电压vout1_sample和输出电流io1_xl都大于给定值，那么无论哪个环路输出更小，环路的输出都是变小，直到输出电压或者输出电流一个小于给定，一个在给定点附近恒定工作。
[0046]
如图5所示，过压保护电路包括三极管q1、二极管d3、运算放大器u4、光耦u5、电阻r16、r17、r18、r19、r20、r21和电容c10，电阻r20的一端依次通过电容c10、电阻r21的一端接入运算放大器u4的2脚，电阻r20的另一端连接dcdc的正极，电容c10、电阻r21的另一端通过运算放大器u4的3脚与光耦u5连接，运算放大器u4的1脚通过电阻r18接入三极管q1的基极，电阻r16的一端接入电阻r18与三极管q1之间，且电阻r16的另一端与三极管q1的发射极连接后连接13vdd，三极管q1的集电极与二极管d3连接后分别接入电阻r19、r17的一端，电阻r19的另一端接入光耦u5的1脚，光耦u5的3脚和4脚连接com1，电阻r17的一端与电容c10连接；
[0047]
r16、r18、r19起到限流的作用；r17、r20、r21起到分压的作用；c10起到滤波和稳压
的作用；如果vout1_sample经过r20和r21分压大于2.5v，那么运算放大器u4导通接到地；当u4导通接到地时，q1导通，13vdd经过d3后由r17和r20分压使u4的2脚保持在大于2.5v的状态，从而进入自循环的状态，q1一直保持导通；并且当q1导通后，13vdd还经过d3和r19让光耦u5导通，从而使com1接地；由于该电路进入了自循环状态，com1会一直保持低电平状态，com1是低电平有效，所以dcdc电源会进入输出过压保护状态并锁死，只有下电重启才能恢复。
[0048]
本发明使用电压环和电流环双环竞争的控制模式使dcdc电源即能满足了恒压输出，又能满足恒流输出，让dcdc电源能够更好地适应不同的应用场景；过压保护电路只是起到了辅助保护功能，使dcdc电源更加可靠；并且使用运算放大器在环路开始时比较输出电压的误差和输出电流的误差值，来选择实际输出超过给定的那一个变量的环路进行工作，另外一个环路不计算，这样可以节省芯片的计算周期时间，提高了dcdc电源的反应速度，使系统能够更快地响应变化。
[0049]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。