一种基于UC1825芯片的电压型PFM控制电路和方法与流程

专利检索2025-07-28  18


本发明涉及一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路和方法,属于卫星电源系统功率管理。


背景技术:

1、作为卫星的核心组成部分,电源系统主要任务是为整星提供高品质、高可靠的连续电源,满足全机动力负载的功率需求。

2、随着航天技术的不断发展,人们对空间电源系统小体积、高效率的要求进一步提高。同时卫星载荷要求电源系统变换器具有良好的抗干扰性和安全性,因此通常考虑选用隔离型软开关拓扑。

3、常用的隔离型软开关拓扑有移相全桥和llc谐振电路等,ucx875系列宇航级psm控制芯片的问世,解决了移相全桥的模拟控制问题,目前国内外已有多型号移相全桥航天电源产品。

4、相比移相全桥,llc电路高效率方面的优势更为明显,但苦于国内外尚未研发出宇航级pfm模拟控制芯片,因此航天电源对llc电路的研发工作进展迟缓。

5、为了进一步提升航天电源产品的转换效率,对llc电路的研发是极为必要的,因此上述缺陷是一个亟待解决的问题。


技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路和方法,基于宇航级脉宽调制(pwm控制)芯片uc1825,通过改进其外围电路,使其具备pfm控制功能。

2、本发明的技术解决方案是:

3、一方面,

4、本发明提出一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,包括:电阻rt、电容ct和压控电流源vccs;

5、uc1825芯片工作于pwm模式时,其rt、ct引脚分别对地接电阻rt和电容ct,以实现对时钟频率的编程;压控电流源vccs并联在电容ct上。

6、进一步的,uc1825芯片内部3v电源加在电阻rt两端,产生一个恒定电流ir=3/rt,即电容ct的充电电流;

7、当vct上升至uc1825芯片内部滞回比较器上限电压vh时,滞回比较器输出电容ct放电信号,电容ct以10ma电流进行放电,直至vct降至滞回比较器下限电压vl,电容ct停止放电,如此完成一个周期;vct是电容ct上的电压。

8、进一步的,电阻rt、电容ct一经确定,uc1825芯片的最低时钟频率随之确定,且所述最低时钟频率恒定不变。

9、进一步的,通过给电容ct施加一个额外的充电电流imea,uc1825芯片的时钟频率便会随充电电流imea的变化而变化,从而实现pfm。

10、进一步的,充电电流imea与uc1825芯片的时钟频率成正相关。

11、进一步的,压控电流源vccs包括:电阻ro、r11、r12、r13、r14、比较器a1和a2;

12、输入电压信号vmea经过电阻r13接入运算放大器a1的正相输入端,a1的反相输入端经电阻r12接地,a1的反相输入端和输出端之间跨接电阻r11;将运算放大器a2的反相输入端和输出端短接,构成一个反相跟随器,在a1的输出端和a2的正相输入端之间跨接电阻ro,a2的输出端经电阻r14接入a1的正相输入端,从而构成一个压控电流源;a1的输出端经过电阻ro的信号作为压控电流源的输出电流信号imea。

13、进一步的,电阻r11、r12、r13、r14的阻值相同。

14、进一步的,压控电流源vccs的输入电压信号与输出电流信号满足:imea=vmea/ro,其中vmea为输入电压信号,imea为输出电流信号,也即给电容ct施加的额外的充电电流。

15、进一步的,所述电压型pfm控制电路用于控制llc变换器的输出电压。

16、第二方面,

17、本发明还提出一种电压型pfm控制电路实现的控制方法,

18、当llc变换器进入稳态后,即δvo=0,对输出电压vo施加一个扰动,实现以下两种调节过程,δvo是电压偏差,vo是llc变换器的输出电压;

19、当δvo>0时:

20、第一步:vo_ref不变,vo增大;vo_ref是llc变换器的期望输出电压;

21、第二步:vmea减小,imea减小;其中vmea为压控电流源vccs输入电压信号,imea为压控电流源vccs输出电流信号;

22、第三步:uc1825芯片时钟频率减小;

23、第四步:llc变换器直流增益减小;

24、第五步:llc变换器输出电压vo减小;

25、当δvo<0时:

26、第一步:vo_ref不变,vo减小;

27、第二步:vmea增大,imea增大;

28、第三步:uc1825芯片时钟频率增大;

29、第四步:llc变换器直流增益增大;

30、第五步:llc变换器输出电压vo增大。

31、本发明与现有技术相比的有益效果是:

32、(1)本发明相比于定频脉宽调制策略,提高了功率变换效率,在相同功率下,功耗减小,无需繁杂的散热措施,整机体积、重量大幅降低。同时由于实现了软开关,缓解了emi干扰问题,保证整星处于干净的电磁环境下。

33、(2)本发明相比于定频移相控制策略,增大了变换器软开关可实现范围,所需器件数量少,具有更高的功率密度。

34、(3)本发明的运用减小了功率开关器件的开关损耗,因此可提升开关器件开关频率,从而减小无源滤波器件的体积重量,进一步提升功率密度。



技术特征:

1.一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于包括:电阻rt、电容ct和压控电流源vccs;

2.根据权利要求1所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:uc1825芯片内部3v电源加在电阻rt两端,产生一个恒定电流ir=3/rt,即电容ct的充电电流;

3.根据权利要求2所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:电阻rt、电容ct一经确定,uc1825芯片的最低时钟频率随之确定,且所述最低时钟频率恒定不变。

4.根据权利要求1所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:通过给电容ct施加一个额外的充电电流imea,uc1825芯片的时钟频率便会随充电电流imea的变化而变化,从而实现pfm。

5.根据权利要求4所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:充电电流imea与uc1825芯片的时钟频率成正相关。

6.根据权利要求1所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:压控电流源vccs包括:电阻ro、r11、r12、r13、r14、比较器a1和a2;

7.根据权利要求6所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:电阻r11、r12、r13、r14的阻值相同。

8.根据权利要求7所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:压控电流源vccs的输入电压信号与输出电流信号满足:imea=vmea/ro,其中vmea为输入电压信号,imea为输出电流信号,也即给电容ct施加的额外的充电电流。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种基于uc1825芯片的电压型pfm控制电路,其特征在于:所述电压型pfm控制电路用于控制llc变换器的输出电压。

10.一种基于权利要求9所述电压型pfm控制电路实现的控制方法,其特征在于:


技术总结
一种基于UC1825芯片的电压型PFM控制电路,包括:电阻R<subgt;T</subgt;、电容C<subgt;T</subgt;和压控电流源VCCS;UC1825芯片工作于PWM模式时,其RT、CT引脚分别对地接电阻R<subgt;T</subgt;和电容C<subgt;T</subgt;,以实现对时钟频率的编程;压控电流源VCCS并联在电容C<subgt;T</subgt;上。UC1825芯片内部3V电源加在电阻R<subgt;T</subgt;两端,产生一个恒定电流IR=3/R<subgt;T</subgt;,即电容C<subgt;T</subgt;的充电电流;当V<subgt;CT</subgt;上升至UC1825内部滞回比较器上限V<subgt;H</subgt;时,比较器输出电容C<subgt;T</subgt;放电信号,C<subgt;T</subgt;以10mA电流进行放电,直至V<subgt;CT</subgt;降至比较器下限V<subgt;L</subgt;,电容C<subgt;T</subgt;停止放电,如此完成一个周期;V<subgt;CT</subgt;是电容C<subgt;T</subgt;上的电压。通过给电容C<subgt;T</subgt;施加一个额外的充电电流i<subgt;mea</subgt;,UC1825的时钟频率便会随充电电流i<subgt;mea</subgt;的变化而变化,从而实现PFM。本发明基于宇航级脉宽调制(PWM控制)芯片UC1825,通过改进其外围电路,使其具备PFM控制功能。

技术研发人员:林志松,姜月,谢臻震,瞿诗霞,周宇,徐泽锋
受保护的技术使用者:上海空间电源研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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