[發明專利]一種反激式開關電源數字環路補償器在審
| 申請號： | 201811212964.7 | 申請日： | 2018-10-18 |
| 公開（公告）號： | CN109167519A | 公開（公告）日： | 2019-01-08 |
| 發明（設計）人： | 陳寶遠;李博健;劉洋 | 申請（專利權）人： | 哈爾濱理工大學 |
| 主分類號： | H02M3/335 | 分類號： | H02M3/335 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 150080 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 補償器 數字環路 反激式開關電源 數字補償器 開關電源 開關電源控制器 數字開關電源 功率變換級 小信號模型 閉環回路 閉環系統 電子技術 關鍵技術 數字控制 瞬態控制 紋波系數 發生器 超調量 集成化 采樣 算法 響應 優化 | ||
1.一種反激式開關電源數字環路補償器，其特征在于，包括：
1)根據建立的flyback數學模型，數字電源S域模型設計環路補償器并依據系統參數確定對應的補償器的具體參數。
2)通過對伯德圖和根軌跡圖的比較，確定補償器的傳遞函數。
3)通過增量式積分分離PID控制器的設計得到最終優化的補償器。
2.一種反激式開關電源數字環路補償器的設計方法，具體包括以下步驟：
步驟一：建立Flyback電路數學模型，得出交流小信號系統傳輸函數Gvd(s)，然后經過S域轉換得出系統的傳遞函數。由狀態空間平均法可得反激式開關電源的小信號數學模型。
小信號狀態變量方程得到
由此可以得到系統傳遞函數
其中，
步驟二：建立數字電源系統S域模型。反激式開關電源的閉環分為幾個部分：電源變壓器Gp(s)，采樣Gad(s)，延遲元件Gdl(s)和DPWM發生器Gdpwm(s)。ADC的采樣延遲時間已經在延遲環節里考慮，而信號調理電路和AD轉換器的電壓增益分別為kv和kad則傳遞函數可以簡化為：
Gad＝kvkad (3)
步驟三：數字補償器的系統參數確定。基于系統要求的穩態和動態性能來設計數字補償器。確定Gvd(s)、Gad、Gdpwm和Gp(s)。反激式開關電源開環系統函數如公式5：
Gp(s)＝GadGdpwmGvd(s) (5)
在根軌跡法和伯德圖法的基礎上通過修改線性系統的零點、極點以及增益等進行模擬補償器的設計，以獲得所需要的穩態和動態性能。為了補償零點和調整系統的相位裕度，必須添加PID補償器。
從加入補償器后的系統開環波特圖和根軌跡可以看出補償器的加入改善了相位裕度，系統得到了明顯的改善，但是系統的超調量過大。
PID增量算法可以得到控制變量的增量，增量式PID的Z域表達式為：
為了消除靜差在PID算法中引入積分項，但是在系統啟動、停止等過程中會造成系統輸出有很大的過動作，采用積分分離PID算法，能夠很好的改善系統的超調問題。
基本公式如下：
其中KP為比例系數，T為采樣周期，其值為1×10-6s,Ki＝KPT/TI為積分系數,Kd＝KPTD/T為微分系數。這里采用ε＝0.7時，與(7)對比，解得Kp，TI，TD，進一步求得Ki，Kd。即可得到系統的傳遞函數。此設計提高了系統的響應時間，降低了系統的超調量。這將進一步促進開關電源的設計方法的改進。
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