[發明專利]使用帶非線性過程模型的非線性△∑調節器的控制系統

有效

• 申請號: 200880014472.5
• 申請日: 2008-05-02
• 公開（公告）號: CN101675593A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 約翰·L·梅蘭松
• 申請（專利權）人: 塞瑞斯邏輯公司
• 主分類號: H03M3/04
• 分類號: H03M3/04
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余 剛;吳孟秋

優先權要求和相關專利申請?

本專利申請要求依據35?U.S.C.§119(e)和37?C.F.R.§1.78享有2007年5月2日遞交名為“功率因數校正(PFC)控制器裝置和方法”的60/915,547號美國臨時專利申請的權益，其通過引用被整體納入本專利申請。?

技術領域

一般來說，本發明涉及信號處理領域，更具體地講，本發明涉及使用非線性Δ∑調節器的控制系統，該系統利用非線性反饋模型模擬非線性過程。?

背景技術

許多電子系統使用非線性過程產生輸出信號。例如，伺服控制系統和功率轉換系統等設備系統經常使用非線性過程。功率轉換系統通常使用開關功率轉換器將交流(AC)電壓轉換為直流(DC)電壓或進行DC至DC轉換。開關功率轉換器通常包括一個非線性能量傳遞過程，向負載提供經過功率因數校正的能量。?

圖1所示為一臺設備和控制系統100，它包括有一個開關功率轉換器102和一臺設備104。例如，設備104是一個伺服控制系統或一個供電系統。開關功率轉換器102向負載112提供恒壓電源。開關功率轉換?器102按照非線性過程在斷續電流模式下工作。一個全二極管橋式整流器103對交流電源101提供的交流電壓V_in(t)進行整流，產生經過整流的時變輸入電壓V_x(t)。開關功率轉換器102的開關108調節經整流的時變輸入電壓V_x(t)通過電感器110到電容器106的能量傳遞。峰值輸入電流i_in與開關108的‘接通時間’成正比，而傳遞的能量與‘接通時間’的平方成正比。因此，能量傳遞過程是非線性過程的一個實施例。在至少一個實施例中，控制信號C_S是一個脈沖寬度調制信號，而開關108是一個n-通道場效應晶體管，當C_S的脈沖寬度處于高電平時導通。此外，開關108的‘接通時間’是由控制信號C_S的脈沖寬度決定的。因此，傳遞的能量與控制信號C_S的脈沖寬度的平方成正比。二極管111防止反向電流流進電感器110。從電感器110傳遞來的能量儲存在電容器106中。向負載112提供電流時，電容器106的電容足以保持大致恒定的電壓V_C。在至少一個實施例中，開關功率轉換器102是一種升壓型轉換器，即電壓V_C比峰值輸入電壓V_x(t)大。?

設備和控制系統100還包括一個開關狀態控制器114。開關狀態控制器114產生控制信號C_S，其目的是使用開關功率轉換器102將所需的能量傳遞到電容器106，進而傳遞到負載112上。所需的能量取決于負載112的電壓和電流要求。為了使功率因數校正接近1，開關狀態控制器114設法控制輸入電流i_in，使輸入電流i_in能夠追蹤到輸入電壓V_x(t)的變化，而同時保持電容器電壓V_C的恒定。?

能量從電感器110傳遞到電容器106的過程即為一個非線性過程。峰值輸入電流i_in與控制信號C_S(即開關108的‘接通’(導通)時間)的脈沖寬度成正比，而傳遞到電容器106的能量與控制信號C_S的脈沖寬度的平方成正比，與控制信號C_S的周期成反比。因此能量在電感器110和電容器106之間的傳遞過程本來就是非線性的。由于開關功率轉換器102的能量傳遞過程是非線性的，產生保持功率校正、效率和穩定輸出功率的控制信號C_S自然就更為困難。?

發明內容

在本發明的一個實施例中，信號處理系統包括一個非線性Δ∑調節器。該非線性Δ∑調節器包括一個環路濾波器、一個與環路濾波器耦合的量化器以及一個在環路濾波器和量化器之間耦合的反饋通道，其中反饋通道包括一個非線性反饋模型，該模型模擬了功率因數校正電路非線性過程的非線性。?

在本發明的另一個實施例中，一種信號處理方法使用了非線性Δ∑調節器來模擬非線性系統過程的非線性，該方法包括量化器輸出信號的生成。該方法還包括將非線性函數應用到非線性Δ∑調節器反饋回路中的量化器輸出信號，以產生反饋信號，其中非線性函數模擬非線性過程的非線性，并將反饋信號與非線性Δ∑調節器的輸入信號結合起來，產生一個差值信號。?