[發(fā)明專利]基于數(shù)字式delta-sigma與PID的雙環(huán)控制方法及高精度交流電流源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110322841.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN113098523B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張宇;魯博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M3/00
• 分類號(hào): H03M3/00;H02M7/5387
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發(fā)明公開了一種數(shù)字式delta?sigma控制方法、雙環(huán)控制方法及高精度交流電流源，屬于開關(guān)電源領(lǐng)域，雙環(huán)控制方法中的外環(huán)PID控制為：對(duì)目標(biāo)采樣點(diǎn)采樣解碼及數(shù)字PID調(diào)節(jié)；內(nèi)環(huán)delta?sigma控制為：對(duì)采樣點(diǎn)處進(jìn)行delta?sigma型AD采樣，得到單比特?cái)?shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流的位數(shù)達(dá)到M位時(shí)完成解碼，并在每新增加一位時(shí)對(duì)最新M位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波解碼，得到有效采樣值，內(nèi)環(huán)控制將采樣值與數(shù)字PID器的輸出值的差值并進(jìn)行積分、量化得到控制信號(hào)來控制開關(guān)電路。濾波算法簡(jiǎn)化后降低了時(shí)延。delta?sigma型ADC噪聲整形功能可保證采樣數(shù)據(jù)在中低頻段準(zhǔn)確性，其在高頻段的誤差由積分器濾除，解決了現(xiàn)有數(shù)字式delta?sigma控制采樣速度低、時(shí)延大、精度低的問題。雙環(huán)控制可有效地提高系統(tǒng)的控制精度與響應(yīng)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于開關(guān)電源領(lǐng)域，更具體地，涉及一種數(shù)字式delta-sigma控制方法、雙環(huán)控制方法及高精度交流電流源。

背景技術(shù)

高精度交流電源在精密制造、精密測(cè)量和醫(yī)療領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用。其中，開關(guān)電源的死區(qū)誤差、輸出濾波器產(chǎn)生的誤差等導(dǎo)致其難以實(shí)現(xiàn)高精度。目前傳統(tǒng)的高精度PWM型電流源采取模擬式控制，移植性差，存在一定的設(shè)計(jì)難度。此外，音頻領(lǐng)域模擬式的delta-sigma調(diào)制可以有效抑制死區(qū)以實(shí)現(xiàn)高精度交流電源，但是模擬式控制在功率較大時(shí)容易受干擾而影響精度，且移植性差，存在一定的設(shè)計(jì)難度。

數(shù)字式的delta-sigma調(diào)制對(duì)采樣要求很高，需高速度以獲取死區(qū)等誤差，需低時(shí)延以提高環(huán)路穩(wěn)定性并使得環(huán)路可運(yùn)行在較高開關(guān)頻率來保證帶寬，需高精度以控制環(huán)路獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。現(xiàn)有的采樣方案，通常采取誤差補(bǔ)償方式，或者降低波形精度要求，采樣調(diào)理電路設(shè)計(jì)復(fù)雜并且精度不高，特別的考慮到采樣隔離要求，目前采樣方案還存在著功率級(jí)限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式delta-sigma控制方法、雙環(huán)控制方法及高精度交流電流源，其目的在于解決現(xiàn)有數(shù)字式delta-sigma控制中采樣速度低、時(shí)延大、精度低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種數(shù)字式delta-sigma控制方法，包括：S1，對(duì)待調(diào)節(jié)電路目標(biāo)采樣點(diǎn)處的信號(hào)進(jìn)行delta-sigma型AD采樣，得到單比特的數(shù)據(jù)流；S2，當(dāng)所述數(shù)據(jù)流的位數(shù)達(dá)到M位時(shí)，對(duì)所述M位數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波解碼，得到一有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，M為解碼所需數(shù)據(jù)流的位數(shù)；S3，所述數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)每新增加一個(gè)，對(duì)當(dāng)前最新采樣得到的M位數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波解碼，得到相應(yīng)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)；S4，對(duì)各所述有效數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行積分，并對(duì)積分后的結(jié)果進(jìn)行量化以轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)；S5，根據(jù)所述控制信號(hào)控制所述待調(diào)節(jié)電路，使得所述目標(biāo)采樣點(diǎn)處的信號(hào)等于預(yù)期信號(hào)。

更進(jìn)一步地，所述S2和S3中利用sinc3濾波解碼函數(shù)對(duì)所述M位數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波解碼，且濾波過程中所用數(shù)據(jù)流的位數(shù)在1-50之間。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于數(shù)字式delta-sigma與PID的雙環(huán)控制方法，包括：S1′，對(duì)待調(diào)節(jié)電路目標(biāo)采樣點(diǎn)處的信號(hào)依次進(jìn)行采樣、解碼及數(shù)字PID調(diào)節(jié)后輸出；S2′，對(duì)所述待調(diào)節(jié)電路目標(biāo)采樣點(diǎn)處的信號(hào)進(jìn)行delta-sigma型AD采樣以得到單比特的數(shù)據(jù)流，當(dāng)所述數(shù)據(jù)流的位數(shù)達(dá)到M位時(shí)，對(duì)所述M位數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波解碼以得到一有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，之后每采樣得到一數(shù)據(jù)流時(shí)，對(duì)當(dāng)前最新采樣得到的M位數(shù)據(jù)流進(jìn)行濾波解碼，得到相應(yīng)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，M為解碼所需數(shù)據(jù)流的位數(shù)；S3′，對(duì)各所述有效數(shù)據(jù)點(diǎn)與數(shù)字PID調(diào)節(jié)后輸出的信號(hào)之間的差值進(jìn)行積分、量化以轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)；S4′，根據(jù)所述控制信號(hào)控制所述待調(diào)節(jié)電路，使得所述目標(biāo)采樣點(diǎn)處的信號(hào)等于預(yù)期信號(hào)。