[發明專利]一種基于模糊PI控制與時間數字轉換的低壓差穩壓電路

在審

• 申請號: 202110365560.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113093851A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陳志杰;呂生平;文家寶;么以銘;張洪達
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于模糊PI控制與時間數字轉換的低壓差穩壓電路，其特征在于：該電路包括電壓時間轉換單元、時間數字轉換單元、模糊PI控制單元、晶體管陣列和負載；

所述的電壓時間轉換單元包含電容C，所述的電容C一端與單刀雙擲開關S₂的不動端相連，另一端與單刀雙擲開關S₁的不動端相連；所述的單刀雙擲開關S₂的兩個動端分別與輸出電壓V_out和地相連，所述的單刀雙擲開關S₁的一個動端接入直流電壓V_L，另一個動端與直流電流源I相連，所述的直流電流源I另一端與電源VDD相連；所述的單刀雙擲開關S₁的不動端與單刀雙擲開關S₃的一個動端相連，所述的單刀雙擲開關S₃的另外一個動端與地相連，所述的單刀雙擲開關S₃的不動端與buffer相連，以將斜坡電壓整形為方波，增強其驅動能力，buffer輸出端與時間數字轉換單元的D觸發器DFF₁、DFF₂、DFF₃及DFF_n的時鐘端相連；

所述的時間數字轉換單元中，所述D觸發器DFF₁的輸入端與緩沖器Buff₁的輸出端相連，所述的緩沖器Buff₁的輸入端與時鐘信號相連；所述的緩沖器Buff₁的輸出端與緩沖器Buff₂的輸入端相連；所述的緩沖器Buff₂的輸出端與緩沖器Buff₃的輸入端相連，將n個緩沖器以此方式進行級聯；所述的緩沖器Buff₁、Buff₂、Buff₃及Buff_n的輸出端分別與D觸發器DFF₁、DFF₂、DFF₃及DFF_n的輸入端相連，所述的n個D觸發器的輸出端并行接入模糊PI控制單元；

所述的模糊PI控制單元包括溫度碼-二進制碼轉換器U1，數字減法器U2，參數自整定單元U3，數字PI控制單元U4和二進制-溫度碼轉換器U5；所述的溫度碼-二進制碼轉換器U1的輸入端與D觸發器DFF₁、DFF₂及DFF_n的輸出端相連，輸出端與數字減法器U2的減數輸入端相連；所述的數字減法器U2的被減數輸入端接入數字參考電壓V_ref，輸出端與參數自整定單元U3的輸入端相連；所述的參數自整定單元U3的輸出端與數字PI控制單元U4的輸入端相連；所述的數字PI控制單元U4的輸出端與二進制溫度碼轉換器U5的輸入端相連；所述的二進制-溫度碼轉換器U5以并行的方式與晶體管陣列相連；所述的晶體管陣列由n個PMOS晶體管組成，每一個晶體管的柵極分別與二進制-溫度碼轉換器U5輸出端的不同位相連；所述的n個晶體管的源極與輸入電壓V_in相連，漏極與輸出電壓V_out以及負載相連。

2.根據權利要求1所述的一種基于模糊PI控制與時間數字轉換的低壓差穩壓電路，其特征在于：通過模糊PI控制參數的自適應調整，可以對高復雜系統的速度進行高精度控制，并對外部噪聲有良好的抑制能力。

3.根據權利要求1所述的一種基于模糊PI控制與時間數字轉換的低壓差穩壓電路，其特征在于：所述的數字減法器U2采用數字電路實現，能夠實現對輸出電壓V_out誤差的計算；所述的參數自整定單元U3通過數字電路實現，根據輸入的數字誤差量為下一級的模糊PI控制單元提供針對性的控制參數，參數自整定單元U3提供的不同參數能夠控制PI控制單元的調節速度；所述的模糊PI控制單元U4根據參數自整定單元U3輸出的參數，改變其比例與積分系數，所述的二進制溫度碼轉換器U5并行輸出n位數字量，每一位輸出分別與一個晶體管的柵極相連，所述的n個晶體管M1、M2、…、Mn完全相同，為P型MOS晶體管，當所述晶體管的柵極輸入高電平時，處于關斷狀態，漏電流為0，當所述晶體管的柵極輸入低電平時，處于開啟狀態，漏電流為Id；每個晶體管開啟時的漏電流Id可根據負載大小和輸出電壓V_out進行確定。