[發(fā)明專利]一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)校正控制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210590904.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN103078488A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐申;楊淼;陸炎;孫鋒鋒;宋慧濱;孫偉鋒;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M1/42
• 分類號(hào): H02M1/42
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正技術(shù)，尤其涉及一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)校正控制器，它能夠提高開關(guān)變換器輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)速度，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

功率因數(shù)校正技術(shù)是減小用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染，提高用電效率的一項(xiàng)有力措施。用電設(shè)備的功率因數(shù)是衡量其性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而提高功率因數(shù)的最根本途徑就是采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)。近年來，由于對(duì)智能化電源的需求，數(shù)字功率因數(shù)校正控制器得到了迅速的發(fā)展和廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的數(shù)字功率因數(shù)校正控制器的設(shè)計(jì)中，為了避免輸出電壓的紋波對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，通常將帶寬設(shè)計(jì)的很低，而且數(shù)字變換器還存在時(shí)延效應(yīng)和非線性效應(yīng)，嚴(yán)重影響負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。傳統(tǒng)數(shù)字功率因數(shù)校正變換器只包含一個(gè)穩(wěn)壓回路，這個(gè)回路限于系統(tǒng)穩(wěn)定性要求、算法執(zhí)行時(shí)間、A/D采樣時(shí)間、信號(hào)傳輸延遲等原因，瞬態(tài)響應(yīng)速度很慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提高數(shù)字功率因數(shù)校正變換器的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度，減小輸出電壓過沖和欠沖。本發(fā)明在傳統(tǒng)的穩(wěn)壓慢環(huán)路的基礎(chǔ)上，增加了快速瞬態(tài)響應(yīng)回路，可以大大加快負(fù)載響應(yīng)速度并且不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其技術(shù)方案如下：

一種快速瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)字功率因數(shù)校正控制器，包括整流橋Br、Boost型開關(guān)變換器功率級(jí)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、A/D采樣轉(zhuǎn)換器、PID控制器、含有與非門、比較器和電流檢測(cè)電阻的限流比較單元、數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器（DPWM）和驅(qū)動(dòng)單元，A/D轉(zhuǎn)換器采樣開關(guān)變換器的輸出電壓并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送入PID控制器，PID控制器根據(jù)開關(guān)變換器的輸出電壓值與基準(zhǔn)電壓值的差異執(zhí)行PID控制算法，計(jì)算得出二進(jìn)制占空比d，數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器將二進(jìn)制占空比轉(zhuǎn)換為實(shí)際模擬量占空比，與限流比較單元一起控制驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元輸出控制主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中場(chǎng)效應(yīng)管的打開和關(guān)閉的時(shí)間，控制主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電感電流流向，保證開關(guān)變換器輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)固定值上；其特征在于：增設(shè)快速瞬態(tài)響應(yīng)回路，其輸入端檢測(cè)開關(guān)變換器的輸出電壓，輸出端連接數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的輸出端；快速瞬態(tài)響應(yīng)回路包括選頻網(wǎng)絡(luò)、誤差放大器和輸出級(jí)，選頻網(wǎng)絡(luò)的輸入端檢測(cè)開關(guān)變換器的輸出電壓，選頻網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接誤差放大器，誤差放大器的輸出端連接輸出級(jí)的輸入端，輸出級(jí)的輸出端連接數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的輸出端。快速瞬態(tài)響應(yīng)回路的具體結(jié)構(gòu)及電路連接關(guān)系如下：

選頻網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)電容Ct與一個(gè)電阻Rt的串聯(lián)，電容Ct的另一端連接關(guān)變換器的輸出電壓V_f，電阻Rt的另一端連接偏置電壓V_B1；

誤差放大器采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)，包括PMOS管M1～M7、NMOS管M8～M10共11個(gè)MOS管，PMOS管M2的柵極連接選頻電路中電容C與電阻R的串接端，PMOS管M2和M3源極與PMOS管M1的漏極連接，PMOS管M1的柵極連接偏置電壓V_B4，PMOS管M3的柵極連接偏置電壓V_B1，PMOS管M2的漏極與NMOS管M8的源極及NMOS管M10的漏極連接，PMOS管M3的漏極與NMOS管M9的源極及NMOS管M11的漏極連接，NMOS管M10和M11的源極接地，NMOS管M10與M11的柵極互連并連接偏置電壓V_B3，NMOS管M8與M9的柵極互連并連接偏置電壓V_B2，NMOS管M8的漏極與PMOS管M6的漏極和柵極連接，NMOS管M9的漏極與PMOS管M7的漏極連接，PMOS管M6的柵極與M7的柵極互連，PMOS管M6的源極與PMOS管M4的漏極和柵極連接，PMOS管M7的源極與PMOS管M5的漏極，PMOS管M4的柵極與M5的柵極互連，PMOS管M4和M5的源極以及PMOS管M1的源極均連接電源VDD；

輸出級(jí)包括PMOS管M12及M13、NMOS管M14及M15，PMOS管M12的源極連接電源VDD，PMOS管M12的柵極和漏極連接PMOS管M13的源極，PMOS管M13的柵極與NMOS管M14的柵極互連并連接誤差放大器中NMOS管M9的漏極和PMOS管M7的漏極，PMOS管M13的漏極與NMOS管M14的漏極互連，作為輸出端與數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的輸出端連接，NMOS管M14的源極與NMOS管M15的漏極和柵極連接，NMOS管M15的源極接地。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果：

（1）采用快速瞬態(tài)響應(yīng)回路，大大提高了系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)能力，減小輸出電壓波動(dòng)。