[發(fā)明專利]一種基于雙信號路徑的數(shù)字比例-積分-微分補償電路

有效

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• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109245534B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 甄少偉;武昕;王佳佳;陳思遠;羅萍;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種基于雙信號路徑的數(shù)字比例?積分?微分補償電路，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。包括微分模塊、第一積分模塊、第二積分模塊和第一加法器，第一積分模塊的輸入端連接微分模塊的輸入端并作為數(shù)字比例?積分?微分補償電路的輸入端，其輸出端連接第一加法器的第一輸入端；第二積分模塊的輸入端連微分模塊的輸出端，其輸出端連接第一加法器的第二輸入端；第一加法器的輸出端作為數(shù)字比例?積分?微分補償電路的輸出端。本發(fā)明與模擬補償控制方法相比具有控制功能強、控制方法靈活、可編程性、外圍器件數(shù)少、先進的校正能力等優(yōu)點，與傳統(tǒng)數(shù)字補償電路相比降低了環(huán)路補償?shù)膹碗s程度和減少了所用門電路的數(shù)量，在提高電路帶寬的同時還可以提高電路增益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于雙信號路徑的數(shù)字比例-積分-微分補償電路(Digital Proportion Integration Differentiation Compensator，DPID)，能夠應用于DC-DC開關(guān)變換器中進行數(shù)字控制補償。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)的電力電子電能變換控制系統(tǒng)中，模擬PID(即比例-積分-微分)控制是技術(shù)最成熟、應用最廣泛的控制方法。隨著計算機在控制領(lǐng)域中的推廣應用，數(shù)字PID控制在現(xiàn)代電力電子電能變換控制系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應用。近年來，隨著電源管理功能越來越復雜，對控制部分的要求不斷提高，開關(guān)電源已經(jīng)由模擬控制、模數(shù)混合控制，進入到數(shù)字控制階段。數(shù)字控制方式拋棄了模擬控制沿用多年的運放反饋網(wǎng)絡，代之以數(shù)字補償電路來完成環(huán)路的補償，具有設計周期短、控制方法靈活、可編程性、外圍器件數(shù)少、先進的校正能力等優(yōu)點，能實現(xiàn)復雜控制。

數(shù)字控制主要通過三個模塊實現(xiàn)：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog Digital Converter，ADC)、數(shù)字比例-積分-微分補償器(Digital Proportion Integration DifferentiationCompensator，DPID)和數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital Pulse Width Modulator，DPWM)。其中，數(shù)字比例-積分-微分補償器(以下簡稱DPID)是數(shù)字電源中的核心模塊，它構(gòu)成了數(shù)字電源的補償網(wǎng)絡。一般采用的間接設計法是在傳統(tǒng)模擬電源研究方法的基礎上，首先將數(shù)字電源簡化為一個連續(xù)的線性系統(tǒng)，忽略了采樣保持器效應后設計模擬補償器。然后采用雙線性近似(Tustin)、匹配零極點(MPZ)等方法對其離散化得到數(shù)字補償器。DPID模塊的設計直接關(guān)系到數(shù)字電源的輸出精度、動態(tài)響應等指標。因此，設計具有良好瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應的DPID補償器非常關(guān)鍵，也是目前DPID設計的一個難點。

為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，且具有良好的瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應，需要對對環(huán)路進行相位補償，使得環(huán)路在總的開環(huán)相位延遲小于360°，相位裕度達到60°左右。電壓模式Buck變換器中一般采用三型補償，但是需要很大的電阻和電容，很難片內(nèi)集成。相比于傳統(tǒng)的三型補償，偽三型補償電路會減小電容和電阻面積，使片內(nèi)集成成為可能，是較為理想的補償方式。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述模擬補償控制方法存在的控制方法單一以及不能適應復雜控制等問題，本發(fā)明提出一種基于雙信號路徑的數(shù)字比例-積分-微分補償電路，相比于模擬補償控制方法來說，能夠發(fā)揮數(shù)字信號處理器的優(yōu)勢，控制功能更強，具有設計周期短、控制方法靈活、可編程性、外圍器件數(shù)少、先進的校正能力等優(yōu)點；且只采用兩條通路，相比于傳統(tǒng)數(shù)字補償電路采用的比例、積分和微分三條通路來說降低了環(huán)路補償?shù)膹碗s程度和減少了所用門電路的數(shù)量，尤其適用于DC-DC開關(guān)變換器。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于雙信號路徑的數(shù)字比例-積分-微分補償電路，包括：

微分模塊，用于產(chǎn)生一個零點和一個極點；

第一積分模塊，用于產(chǎn)生一個極點；

第二積分模塊，用于產(chǎn)生一個極點；

和第一加法器；