[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于兩級(jí)濾波器的數(shù)字比例-積分-微分補(bǔ)償電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910043501.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109713902B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甄少偉;王佳佳;武昕;陳思遠(yuǎn);羅萍;賀雅娟;張波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/158
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/158;H02M1/14
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種基于兩級(jí)濾波器的數(shù)字比例?積分?微分補(bǔ)償電路，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。包括級(jí)聯(lián)的一階濾波器和二階濾波器，一階濾波器用于產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn)，其中零點(diǎn)低于極點(diǎn)；二階濾波器用于產(chǎn)生兩個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)；一階濾波器的輸入端作為數(shù)字比例?積分?微分補(bǔ)償電路的輸入端，其輸出端連接二階濾波器的輸入端；二階濾波器的輸出端作為數(shù)字比例?積分?微分補(bǔ)償電路的輸出端。本發(fā)明采用一階濾波器和二階濾波器的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，一階濾波器中的零點(diǎn)超前于極點(diǎn)，能夠降低電壓階躍響應(yīng)時(shí)的過(guò)沖；尤其適用于DC/DC開(kāi)關(guān)電源，相比于模擬補(bǔ)償控制方法來(lái)說(shuō)具有控制功能更強(qiáng)、設(shè)計(jì)周期短、控制方法靈活、可編程性、外圍器件數(shù)少、先進(jìn)的校正能力等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于兩級(jí)濾波器的數(shù)字比例-積分-微分補(bǔ)償電路(Digital Proportion Integration Differentiation Compensator，DPID)，能夠應(yīng)用于DC-DC開(kāi)關(guān)變換器中進(jìn)行數(shù)字控制補(bǔ)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(yīng)用最廣泛的控制方法，然而模擬補(bǔ)償控制方法存在控制方法單一以及不能適應(yīng)復(fù)雜控制的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域中的推廣應(yīng)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著電源管理功能越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)控制部分的要求不斷提高，開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)由模擬控制、模數(shù)混合控制，進(jìn)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(yùn)放反饋網(wǎng)絡(luò)，代之以數(shù)字補(bǔ)償電路來(lái)完成環(huán)路的補(bǔ)償，具有設(shè)計(jì)周期短、控制方法靈活、可編程性、外圍器件數(shù)少、先進(jìn)的校正能力等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制。

數(shù)字控制主要通過(guò)三個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog Digital Converter，ADC)、數(shù)字比例-積分-微分補(bǔ)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(bǔ)償器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。一般采用的間接設(shè)計(jì)法是在傳統(tǒng)模擬電源研究方法的基礎(chǔ)上，首先將數(shù)字電源簡(jiǎn)化為一個(gè)連續(xù)的線性系統(tǒng)，忽略了采樣保持器效應(yīng)后設(shè)計(jì)模擬補(bǔ)償器。然后采用雙線性近似(Tustin)、匹配零極點(diǎn)(MPZ)等方法對(duì)其離散化得到數(shù)字補(bǔ)償器。DPID模塊的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到數(shù)字電源系統(tǒng)的輸出精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等指標(biāo)。設(shè)計(jì)具有良好瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的DPID補(bǔ)償器非常關(guān)鍵，也是目前DPID設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。

為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，且具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，需要對(duì)環(huán)路進(jìn)行相位補(bǔ)償，使得環(huán)路在總的開(kāi)環(huán)相位延遲小于360°，相位裕度達(dá)到60°左右。電壓模式Buck變換器中一般采用三型補(bǔ)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(bǔ)償，偽三型補(bǔ)償電路會(huì)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(bǔ)償方式。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述模擬補(bǔ)償控制方法存在的控制方法單一以及不能適應(yīng)復(fù)雜控制等問(wèn)題，以及對(duì)數(shù)字DPID補(bǔ)償?shù)牡乃矐B(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的要求，本發(fā)明提出一種基于兩級(jí)濾波器的數(shù)字比例-積分-微分補(bǔ)償電路，能夠降低電壓階躍響應(yīng)時(shí)的過(guò)沖，產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，相比于模擬補(bǔ)償控制方法來(lái)說(shuō)，能夠發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理器的優(yōu)勢(shì)，控制功能更強(qiáng)，具有設(shè)計(jì)周期短、控制方法靈活、可編程性、外圍器件數(shù)少、先進(jìn)的校正能力等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于兩級(jí)濾波器的數(shù)字比例-積分-微分補(bǔ)償電路，包括：

一階濾波器，用于產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn)，其中零點(diǎn)低于極點(diǎn)；

和二階濾波器，用于產(chǎn)生兩個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)；