阅读说明：本技术 一种双路交错buck电路电压、电流环路控制电路 (Voltage and current loop control circuit of double-path interleaved BUCK circuit ) 是由 王文伟 眭俊俊 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双路交错BUCK电路电压、电流环路控制电路。利用运算放大器U4组成电压环,再将运算放大器U3组成的电流环并联到电压环中,将电流、电压的采样和比较放大反馈整合在一个电路中,通过反馈电路调整脉宽保证输出电压的稳定,电流输出采样信号I_OUT再通过在运算放大器U4的反向输入端接入二极管U2截流和电阻R8限流,使电流输出采样信号I_OUT直接引入到电压环运算放大器U4的反向输入端,当电流输出采样信号I_OUT过大时直接将信号返回到电压环中,由于电流环反应速度比电压环块的多,补偿了系统的静差和负载的变动,缩短了电流采样对电压环控制的时间,使环路控制更加的稳定和反应速度更快。(The invention relates to a voltage and current loop control circuit of a double-path interleaved BUCK circuit. The operational amplifier U4 is used for forming a voltage loop, a current loop formed by the operational amplifier U3 is connected in parallel to the voltage loop, sampling, comparison and amplification feedback of current and voltage is integrated in a circuit, the pulse width is adjusted through a feedback circuit to ensure the stability of output voltage, a current output sampling signal I _ OUT is cut off through a diode U2 connected to the reverse input end of the operational amplifier U4 and limited by a resistor R8, the current output sampling signal I _ OUT is directly introduced to the reverse input end of the voltage loop operational amplifier U4, when the current output sampling signal I _ OUT is overlarge, the signal is directly returned to the voltage loop, because the current loop reaction speed is higher than that of a voltage loop block, the static difference and load variation of a system are compensated, the time of current sampling for controlling the voltage loop is shortened, and the loop control is more stable and faster.)

一种双路交错BUCK电路电压、电流环路控制电路

技术领域

本发明涉及电路电压、电流环路控制技术领域，具体涉及一种双路交错BUCK电路电压、电流环路控制电路。

背景技术

随着电动车的技术快速发展，电动车市场迅速增加，电动车的保有量逐年递增。

BUCK电路又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。由于本身具有效率高、可靠性好、能够使电路中电压或电流波形快瞬变化被广泛应用于电源供电端。其输入电流为交流电，输出电流为直流电。目前应用于BUCK电路环路处理的解决方案中，由于电压环内存在LC、RC积分电路，输出电压产生滞后，影响了输出的瞬态特性，即系统静差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种双路交错BUCK电路电压、电流环路控制电路，缩短电流采样对电压环控制的时间，使环路控制更加的稳定，反应速度更快。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种双路交错BUCK电路电压、电流环路控制电路，包括运算放大器U4，芯片输出的电压比较基准信号V_PWM组成基准电压支路，所述基准电压支路再通过串联电阻R11接入运算放大器U4的同向输入端5，电阻R11远离运算放大器U4的一端还通过并联的电阻C8、R12接地，电流输出采样信号I_OUT和电压输出采样信号LOOP_VF串联后接入反向输入端6，所述运算放大器U4的输出端通过第二反馈电路连接其反向输入端6，所述第二反馈电路为旁积分电路，包括并联的电容C9和C10，电容C9串联电阻R13；芯片输出的电流比较基准信号I_PWM组成基准电流支路接入运算放大器U3的同向输入端，电流输出采样信号I_OUT串联电阻R15接入运算放大器U3的反向输入端，运算放大器U3的输出端串联电阻R7和二极管D1后与所述基准电压支路并联接入运算放大器U4的同向输入端5，运算放大器U3的输出端通过第一反馈电路连接其反向输入端，所述第一反馈电路为旁积分电路，包括并联的电容C6和C7，电容C6串联电阻R6；电流输出采样信号I_OUT同时串联二极管D2和电阻R8、电压输出采样信号LOOP_VF串联电阻R9后，电流输出采样信号I_OUT支路和电压输出采样信号LOOP_VF支路并联后串联电阻R10接入反向输入端6，电阻R10远离运算放大器U4的一端还通过电容C5接地。

具体的，所述基准电压支路包括由电压比较基准信号V_PWM依次串联的电阻R3、电压跟随器U1、滤波电路RC4，其中电压跟随器U1前端设置滤波电路RC3，滤波电路RC3包括与电阻R3并联连接电压跟随器U1同向接入端的电容C3和电压跟随器U1输出端串联的电阻R4，滤波电路RC4包括并联连接的电阻R5和电容C4，电容C3、电容C4另一端接地。

具体的，所述基准电流支路由电流比较基准信号I_PWM依次串联滤波电路RC1、电压跟随器U2、滤波电路R2，滤波电路RC1包括并联连接的电阻R1和电容C1，滤波电路RC2包括并联连接的电阻R2和电容C2，电阻R2的输入端连接电压跟随器U2的输出端，电容C1、C2另一端接地。

本发明相比现有技术包括以下优点及有益效果：本发明在电压环内并联整合一个电流环，对电流输出采样信号I_OUT进行取样、比较放大，通过反馈电路调整脉宽保证输出电压的稳定，再通过在运算放大器U4的反向输入端接入二极管U2截流和电阻R8限流，使电流输出采样信号I_OUT直接引入到电压环运算放大器U4的反向输入端，当电流输出采样信号I_OUT电流过大时直接将信号反馈给电压环，由于电流环反应速度比电压环块的多，补偿了系统的静差和负载的变动，缩短了电流采样对电压环控制的时间，使环路控制更加的稳定和反应速度更快。

附图说明

图1为本发明实现方案的电路接线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如附图1所示，本发明中电路原理如下：

一种双路交错BUCK电路电压、电流环路控制电路，包括运算放大器U4，芯片输出的电压比较基准信号V_PWM组成基准电压支路，所述基准电压支路再通过串联电阻R11接入运算放大器U4的同向输入端5，电阻R11远离运算放大器U4的一端还通过并联的电阻C8、R12接地，电流输出采样信号I_OUT和电压输出采样信号LOOP_VF串联后接入反向输入端6，所述运算放大器U4的输出端通过第二反馈电路连接其反向输入端6，所述第二反馈电路为旁积分电路，包括并联的电容C9和C10，电容C9串联电阻R13；芯片输出的电流比较基准信号I_PWM组成基准电流支路接入运算放大器U3的同向输入端，电流输出采样信号I_OUT串联电阻R15接入运算放大器U3的反向输入端，运算放大器U3的输出端串联电阻R7和二极管D1后与所述基准电压支路并联接入运算放大器U4的同向输入端5，运算放大器U3的输出端通过第一反馈电路连接其反向输入端，所述第一反馈电路为旁积分电路，包括并联的电容C6和C7，电容C6串联电阻R6；电流输出采样信号I_OUT同时串联二极管D2和电阻R8、电压输出采样信号LOOP_VF串联电阻R9后，电流输出采样信号I_OUT支路和电压输出采样信号LOOP_VF支路并联后串联电阻R10接入反向输入端6，电阻R10远离运算放大器U4的一端还通过电容C5接地。

具体的，基准电压支路包括由电压比较基准信号V_PWM依次串联的电阻R3、电压跟随器U1、滤波电路RC4，其中电压跟随器U1前端设置滤波电路RC3，滤波电路RC3包括与电阻R3并联连接电压跟随器U1同向接入端的电容C3和电压跟随器U1输出端串联的电阻R4，滤波电路RC4包括并联连接的电阻R5和电容C4，电容C3、电容C4另一端接地。

具体的，基准电流支路由电流比较基准信号I_PWM依次串联滤波电路RC1、电压跟随器U2、滤波电路R2，滤波电路RC1包括并联连接的电阻R1和电容C1，滤波电路RC2包括并联连接的电阻R2和电容C2，电阻R2的输入端连接电压跟随器U2的输出端，电容C1、C2另一端接地。

在上述电路结构中，基准电压支路将电压比较基准信号V_PWM接入运算放大器U4的同向输入端5后同反向输入端6接入的电压输出采样信号LOOP_VF进行比较和反馈，形成电压环路；基准电流支路将电流比较基准信号I_PWM接入运算放大器U4的同向输入端5后同反向输入端6接入的电流输出采样信号I_OUT进行比较和反馈组成电流环。

上文中所述运算放大器(简称“运放”)是一个从功能的角度命名的、具有很高放大倍数的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中，广泛应用于电子行业当中。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。

依照上述电路，本发明中电路的工作原理为：

主控制芯片发送电压比较基准信号V_PWM(额定V_PWM占空比信号)经RC(R4，C3)滤波得到一个稳定的直流电压，该电压经过电压跟随器U1和后级RC(R5，C4)再次滤波后，经分压到运算放大器U4的同向输入端5作为一个比较基准，电压输出采样信号LOOP_VF作为输出电压采样反馈，分压到运算放大器U4反向输入端6与同向输入端5做比较，输出端COMP_VOUT信号到控制芯片，就会出现以下三种情况：

1、反向输入端6电平大于同向输入端电平5时，U4旁积分电路中电容随时间变化进行充放电，当电容开始充电到充电结束后电容电压等于反向输入端6电压，U4旁积分电路的作用在于使输出端COMP_VOUT信号稳定加入积分电路，且相对同向输入端5电压比较出相比基准电压下拉多少，输出端COMP_VOUT信号对应拉低，同时将这个电压差反馈到芯片，控制芯片将驱动占空比打小，使输出电压拉低。

2、反向输入端6电平小于同向输入端5电平时，U4旁积分电路中电容随时间变化进行充放电，当电容开始充电到充电结束后电容电压等于反向输入端6电压，U4旁积分电路的作用在于使输出端COMP_VOUT信号稳定加入积分电路，且相对同向输入端5电压比较出上拉到基准电压多少，输出端COMP_VOUT信号对应升高，同时将这个电压差反馈到芯片，控制芯片将驱动占空比放大，使输出电压升高。

3、反向输入端6电平等于同向输入端5电平时，此时的输出电压跟额定的占空比就是相等的，电路就进入了恒压模式。

主控制芯片发送电流比较基准信号I_PWM(额定I_PWM占空比信号)经RC(R1，C1)滤波得到一个稳定的直流电压，该电压经过电压跟随器U2和后级RC(R2，C2)再次滤波后，经分压到运算放大器U3同向输入端作为一个比较基准，电流输出采样信号I_OUT传输到运算放大器U3反向输入端与同向输入端输入的经过滤波的电流比较基准信号I_PWM作比较，得出以下情况：

1、当电流输出采样信号I_OUT大于电流比较基准信号I_PWM时，运算放大器U3输出端输出低于电压比较基准信号V_PWM端发出的电压，此时电流环将电压环基准电压拉下来(具体值要看电流采样大于电流基准的多少而设定)，此时电路进入恒流模式。

2、当电流输出采样信号I_OUT小于电流比较基准信号I_PWM时运算放大器U3输出端输出高于电压比较基准信号V_PWM端发出的电压，由于二极管D1的单向导通特性，运算放大器U3输出端电压因为D1反向截止不会影响电压环。

经测试发现，电流输出采样信号I_OUT经运算放大器U4比较后再拉动电压环反应的速度相较于预期仍有一定差距，本发明在电路中将电流输出采样信号I_OUT引入电路后接二级管D2再经限流电阻R8到电压环路运算放大器，当电流输出采样信号I_OUT的数值相当大时，该信号就直接反馈到运算放大器U4的反向输入端6，此时电流输出采样信号I_OUT就更能快速的反馈到电压环，控制芯片直接进行控制发送占空比大小了。

本发明将电流输出采样信号I_OUT直接引入到电压环运算放大器U4的反向输入端6，缩短了电流采样对电压环控制的时间。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。