[發明專利]一種DC-DC轉換器控制系統

有效

• 申請號: 201410546752.8
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104362851A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 王闖;李尊朝;鄭曉玉;劉堯;王元發;康瑯
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種DC-DC轉換器，特別涉及一種DC-DC轉換器控制系統。

背景技術

科技迅速發展的今天，消費電子產品與人們的日常生活工作越來越息息相關。然而，這就導致電子器件與系統對電源性能提出了更高更全面的要求。由于傳統的線性電源轉換效率低、發熱量大的致命缺點，具有高效率的開關電源被越來越廣泛地采用。

開關電源的核心結構是DC-DC轉換器，DC-DC轉換器的控制方法直接影響著電子器件與系統運行的穩定性。數字控制以其可移植性高、控制方式靈活、片外元件少、設計周期短等優點，逐步成為學者和商家的新寵兒。在數字電源發展的過程中，動態響應性能受到越來越多的關注。因為開關電源的輸入電壓和負載不斷變化會造成開關電源輸出的大幅度波動，如果波動導致輸出電壓超過電子設備能夠安全工作的范圍，那么電子設備的壽命將大大折損。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種能夠提高DC-DC轉換器動態性能的控制系統，其能優化開關電源的動態性能，進而保障消費電子產品工作于安全的工作電壓條件的DC-DC轉換器控制系統。

為解決上述問題，本發明采取的技術方案為：

包括用于采集DC-DC轉換器輸出電壓的模數轉換器ADC、用于處理數字誤差信號的控制邏輯、產生開關控制信號的DPWM單元以及驅動單元；

所述的模數轉換器ADC的輸入端與DC-DC轉換器的輸出采樣點連接，模數轉換器ADC的輸出端與控制邏輯的輸入端連接，控制邏輯的輸出端與DPWM單元的輸入端相連，DPWM單元的輸出端與驅動單元相連接；

所述的控制邏輯對模數轉換器ADC采集的數字誤差信號進行如下處理：

當數字誤差信號小于閾值時，采用預測控制，占空比信號為：

D[k]＝y[k]+y[k-1]+y[k-2]-2*y[k-3]；

當數字誤差信號大于等于閾值時，采用非線性控制，占空比信號為：

D[k]＝1；

其中，D[k]是占空比信號,y[k]、y[k-1]、y[k-2]和y[k-3]分別是第k、k-1、k-2和k-3個周期進行PPID運算得到的結果。

所述的DC-DC轉換器采用降壓型轉換電路，該降壓型轉換電路包括開關管MP、開關管MN、電感L、電容C、負載R_L、分壓電阻R₁和R₂；

其中，開關管MP的源極接直流電源V_DC；開關管MP和開關管MN的柵極均接驅動單元；開關管MP和開關管MN的漏極均接電感L的一端；電感L的另一端、電容C的一個極板以及負載R_L的一端均接在電路節點201上；開關管MN的源極、電容C的另一個極板以及負載R_L的另一端均接地；在負載R_L兩端并聯有相互串聯的分壓電阻R₁和R₂，且電阻R₁的輸出端接模數轉換器ADC。

所述的開關管MP為PMOS管，開關管MN為NMOS管。

所述的模數轉換器ADC為5位延時線模數轉換器ADC，該5位延時線模數轉換器ADC包括比較器、延時鏈、檢測控制邏輯、電流補償模塊和譯碼器；

所述的檢測控制邏輯包括第一D觸發器、第二D觸發器、異或門和或非門，其中，第一D觸發器的Q端分別接或非門和異或門的B端，第二D觸發器的Q端分別接或非門和異或門的A端；異或門和或非門的輸出端均與電流補償模塊相連接；

所述的比較器包括一號比較器和二號比較器，其中，一號比較器的正相輸入端接二號比較器的正相輸入端且均與鋸齒波V_SAW連接，一號比較器的反相輸入端和二號比較器的反相輸入端分別接基準電壓V_REF1和V_REF2，二號比較器的反相輸入端還接有采樣電壓V_SAM，一號比較器的輸出端接延時鏈的輸入端，二號比較器的輸出端接檢測控制邏輯的使能端和譯碼器的使能端，且譯碼器還與延時鏈相連；

所述的延時鏈包括N個相互串聯的延時單元，第N個延時單元的輸出端接第二D觸發器的D端，第N-1個延時單元的輸出端接第一D觸發器的D端，第1至第N-1個延時單元的輸出端均與譯碼器相連，且第1至第N個延時單元還與電流補償模塊相連；

所述的DPWM單元包括1階ΣΔ調制電路、延時鏈、檢測控制邏輯、電流補償模塊以及多路選擇器；