一种提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法

1.一种提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，其特征在于：在原边反馈主拓扑结构下，副边采用同步整流的结构，基于数字多模式控制，设置采样模块、多模式判断模块、数字PID模块、高动态控制模块、负载点判断模块和PWM驱动模块构成的控制系统与被控的开关电源构成闭环；1)采样模块对原边辅助绕组上的电阻分压Vsense进行采样，得到当前的输出电压值Vo_sample和输出电压值Vo_sample与其额定值V O_REF 的误差信号err＝V O_REF －Vo_sample；2)多模式判断模块接收由采样模块采集到的输出电压值Vo_sample，输出模式判断信号mode_dynamic给高动态控制模块和负载点判断模块，判断系统进入动态工作模式或稳态工作模式中的哪一种；若输出电压值Vo_sample≥设定的输出电压值Vo_sample的上限值Vomax，多模式判断模块输出的模式判断信号mode_dynamic＝1，说明系统发生了较大范围的负载切换，系统处于由重载切到轻载的状态，系统进入动态工作模式，即HTL模式，动态工作模式下，数字PID模块不工作；否则，多模式判断模块输出的模式判断信号mode_dynamic＝0，系统进入稳态工作模式，稳态工作模式下，高动态控制模块和负载点判断模块均不工作；3)在动态工作模式下，高动态控制模块输出占空比信号Duty_SR_dynamic给PWM驱动模块，通过PWM驱动模块关断原边主开关管，并采用固定周期Ts_ HTL 、固定占空比D HTL 的方式控制副边同步整流管的开关，在同步整流管开启的时间内，抽取输出端负载电容的能量至原边，使负载电容存储的能量迅速下降，从而使输出电压值Vo_sample以固定的斜率迅速下降，采样模块一直对输出电压值Vo_sample进行采样，当输出电压值Vo_sample的采样值Vo_sample下降至其额定值V O_REF 时，系统从动态工作模式跳转至稳态工作模式；4)负载点判断模块在动态工作模式下接收采样模块输出的输出电压值Vo_sample，通过对开关周期的计数得到输出电压值Vo_sample的下降时间Δt，而输出电压值Vo_sample变化量ΔVo_sample固定，则得到输出电压值Vo_sample的下降斜率Kdown，输出电压值Vo_sample的下降斜率Kdown保持不变，而不同负载点下降斜率Kdown不同，根据该下降斜率Kdown对应出此时的负载大小，判断出当下的负载点，进而根据当下的负载大小判断出动态过程结束时系统应处于的DPFM稳态工作模式及工作周期Ts_judge、原边峰值电流Ipeak，给出跳出状态判断信号state_judge和此时的开关周期Ts_judge，并将开关周期Ts_judge输入到PWM驱动模块，将状态判断信号state_judge输入到多模式判断模块，此后系统便进入稳态工作模式，采用数字PID控制；5)稳态工作模式下，数字PID模块根据采样模块输出的误差信号err和多模式判断模块输出的状态信号state，采用PID补偿算法，计算出控制电压补偿量V PI ，多模式判断模块根据控制电压补偿量V PI 的大小进行稳态多模式的切换，输出包括CCM、PWM、PFM、DPWM、DPFM中的一种稳态的state值，PWM驱动模块在稳态时，采用峰值电流控制，在不同的状态信号state下，根据控制电压补偿量V PI 计算原边主开关管的周期，根据当前的输出电压采样值Vo_sample计算副边同步整流管的占空比，副边同步整流管的周期与主开关管一致；6)PWM驱动模块输出的占空比信号通过驱动模块得到调控开关电源主开关管以及副边同步整流管的PWM波形，实现恒压输出；上述4)中所述输出电压的下降斜率Kdown，是通过开关周期的计数得到输出电压值Vo_sample下降的变化ΔVo_sample所消耗的时间Δt，计算输出电压值Vo_sample的下降斜率Kdown＝ΔVo_sample/Δt；所述采样模块包含两个比较器COMP1和COMP2以及波形实时分析模块和减法器，比较器COMP1和COMP2的正端均连接辅助绕组上的电阻分压Vsense，比较器COMP2的负端连接0电平，比较器COMP1和COMP2的输出连接波形实时分析模块，波形实时分析模块输出的采样信号Vsample连接比较器COMP1的负端，波形实时分析模块输出的电压采样值Vo_sample连接减法器的负端，减法器的正端连接输出电压额定值V O_REF ，减法器输出误差信号err＝V O_REF －Vo_sample；所述多模式判断模块包含两个比较器COMP3和COMP4以及动态模式判断模块、稳态模式判断模块和多模式状态判断模块；比较器COMP3的正端连接设定的Vo_sample的上限值Vomax，比较器COMP3的负端和COMP4的正端均连接采样模块中波形实时分析模块输出的电压采样值Vo_sample，比较器COMP4的负端连接设定的额定电压V O_REF ，比较器COMP3和COMP4的输出连接动态模式判断模块，动态模式判断模块输出动态模式判断信号Mode_dynamic连接多模式状态判断模块的一个输入端；稳态模式判断模块的输入信号分别是原边峰值电流的数字补偿量V PI 和多模式状态判断模块输出的状态信号state，稳态模式判断模块输出稳态状态信号State_steady连接多模式状态判断模块的另一个输入端，多模式状态判断模块的第三个输入端连接负载点判断模块输出的跳出状态判断信号state_judge，多模式状态判断模块的输出状态信号state连接至稳态模式判断模块的输入端。 2.根据权利要求1所述的提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，其特征在于：所述高动态控制模块接收模式判断模块中动态模式判断模块输出的动态模式判断信号Mode_dynamic，输出占空比信号Duty_SR_dynamic给PWM驱动模块，通过PWM驱动模块关断原边主开关管，并由代码控制产生一个固定周期Ts_ HTL 、固定占空比D HTL 的信号来控制副边同步整流管的开关。 3.根据权利要求1所述的提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，其特征在于：所述负载点判断模块包括比较器COMP、参数计算模块、斜率计算模块和跳出模式判断模块；比较器COMP正端连接输出电压采样值Vo_sample，比较器COMP负端连接设定的额定电压V O_REF ，参数计算模块的输入为动态模式判断信号Mode_dynamic和输出电压采样值Vo_sample，比较器输出的参考电压比较信号Comp_V REF 以及参数计算模块输出的输出电压变化量ΔVo_sample及其对应的时间Δt均连接斜率计算模块，斜率计算模块输出电压下降斜率Kdown连接至跳出模式判断模块，跳出模式判断模块输出跳出状态判断信号state_judge和此时的开关周期Ts_judge分别给多模式判断模块和PWM驱动模块。 4.根据权利要求1所述的提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，其特征在于：所述数字PID模块包括PI参数选择模块和数字PI补偿算法模块；PI参数选择模块的输入为状态信号state，PI参数选择模块的输出为PI参数Kp和Ki，数字PI补偿算法模块的输入为PI参数选择模块输出的PI参数Kp、Ki和采样模块输出的误差信号err，数字PI补偿算法模块输出控制电压补偿量V PI 。 5.根据权利要求1所述的提高同步整流原边反馈反激式电源动态性能的方法，其特征在于：所述PWM驱动模块包括选通模块、主开关管周期Ts计算模块、主开关管占空比控制模块和同步整流管占空比控制模块；状态信号State输入到选通模块，选通模块输出稳态状态信号State_HTL和动态状态信号State_steady两者之一；当选通模块输出为State_HTL时，主开关管占空比控制模块的输入为选通模块输出的State_HTL和0，主开关管占空比控制模块的输出为主开关管动态占空比信号duty＝Duty_dynamic；同步整流管占空比控制模块的输入为选通模块输出的State_HTL和高动态控制模块输出的Duty_SR_dynamic，同步整流管占空比控制模块的输出为同步整流管占空比信号Duty_SR＝Duty_SR_dynamic；当选通模块输出为State_steady时，主开关管周期Ts计算模块的输入为V PI 、State_steady和Ts_judge，输出为主开关管周期信号Ts；主开关管占空比控制模块的输入为主开关管周期Ts和原边峰值电流Ipeak，输出为主开关管稳态占空比信号duty＝Duty_steady；此时同步整流管占空比控制模块的输入为State_steady和Vo_sample，输出同步整流管占空比信号Duty_SR＝Duty_SR_steady。