一種基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域中的數(shù)字電源，尤其涉及一種基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)字電源系統(tǒng)作為信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)信息系統(tǒng)，數(shù)字電源具有高可靠性、高集成度、設(shè)計(jì)靈活、性能可優(yōu)化等特點(diǎn)，在開關(guān)電源領(lǐng)域中性能高于模擬開關(guān)電源，并在電子設(shè)備供電系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，但是數(shù)字電源中存在數(shù)據(jù)的采樣、量化、數(shù)據(jù)處理等步驟，造成環(huán)路時(shí)延，影響數(shù)字電源的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。數(shù)字電源中常用的補(bǔ)償控制方法是經(jīng)典PID控制，經(jīng)典PID控制是最為常用的控制方式，其具有直觀、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、魯棒性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但是PID控制中積分環(huán)節(jié)的目的主要是消除靜差，提高精度，在電源的啟動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會(huì)造成PID運(yùn)算的積分累積，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)較大的振蕩，這在生產(chǎn)中是絕對(duì)不允許的。如果數(shù)字電源啟動(dòng)的過程中啟動(dòng)時(shí)間和超調(diào)量比較大，未能滿足數(shù)字電源的高速啟動(dòng)，則不能應(yīng)用在需要快速響應(yīng)的供電系統(tǒng)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了減小數(shù)字電源啟動(dòng)過程中的啟動(dòng)時(shí)間和超調(diào)量，滿足數(shù)字電源啟動(dòng)速度的提高，本發(fā)明提供了一種基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源，在經(jīng)典PID控制的基礎(chǔ)上增加ro控制以及判決單元，通過判決單元判斷數(shù)字電源輸出值與基準(zhǔn)值偏差較大時(shí)，采用ro控制，避免產(chǎn)生過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)，當(dāng)輸出值與基準(zhǔn)值偏差較小時(shí)，采用PID控制，以保證系統(tǒng)的控制精度，這樣使數(shù)字電源的啟動(dòng)加快。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源，包括功率級(jí)單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、判決單元、補(bǔ)償控制單元和數(shù)字脈寬調(diào)制單元，判決單元包括絕對(duì)值運(yùn)算模塊、閾值比較模塊和邏輯選擇模塊，補(bǔ)償控制單元包括PiD控制器和ro控制器；功率級(jí)單元的輸出電壓Vwt和基準(zhǔn)電壓Vd做差后得到偏差信號(hào)e (t)，偏差信號(hào)e (t)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元得到數(shù)字量e(k)，判決單元對(duì)數(shù)字量e(k)取絕對(duì)值后進(jìn)行閾值比較:若大于閾值，則將數(shù)字量e(k)輸入H)控制器；若小于等于閾值，則將數(shù)字量e(k)輸入PID控制器；補(bǔ)償控制單元對(duì)數(shù)字量e(k)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電源的延時(shí)補(bǔ)償，輸出占空比值d(k);數(shù)字脈寬調(diào)制單元將占空比值d(k)轉(zhuǎn)換成占空比波形信號(hào)d(t)，并將占空比波形信號(hào)d(t)反饋給功率級(jí)單元的開關(guān)管控制端，控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷:當(dāng)占空比波形信號(hào)d(t)為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，輸入電壓Vin對(duì)電容C充電，輸出電壓V_增加；當(dāng)占空比波形信號(hào)d⑴為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，電容C放電，輸出電壓Vtjut減小。
[0006]所述補(bǔ)償控制單元包括PID控制器和ro控制器，控制器的輸入端都連接判決單元的輸出端，兩個(gè)控制器的輸出端都連接數(shù)字脈寬調(diào)制單元的輸入端，補(bǔ)償控制單元采用積分分離結(jié)構(gòu)，即在經(jīng)典PID控制器的基礎(chǔ)上增加H)控制器，使補(bǔ)償控制單元由PID控制器和ro控制器兩部分組成，通過判決單元的判決條件選擇將數(shù)字量e(k)輸入給PID控制器或ro控制器，實(shí)現(xiàn)積分分離控制。
[0007]優(yōu)選的，所述功率級(jí)單元包括輸入電壓Vin、PMOS管MP、NMOS管麗、電感L、電容C和輸出負(fù)載R，PMOS管MP的源極和襯底與輸入電壓Vin的正端相連，PMOS管MP的漏極與NMOS管麗的漏極以及電感L的一端相連，電感L的另一端與電容C的一端以及輸出負(fù)載R的一端相連，輸入電壓Vin的負(fù)端與NMOS管MN的源極和襯底、電容C的另一端以及輸出負(fù)載R的另一端相連并接地，PMOS管MP和NMOS管MN組合成為開關(guān)管，PMOS管MP的柵極和NMOS管MN的柵極相連后作為開關(guān)管控制端。
[0008]優(yōu)選的，所述補(bǔ)償控制單元中，PID控制器和H)控制器的比例系數(shù)相同，PID控制器和ro控制器的微分系數(shù)相同。
[0009]有益效果:本發(fā)明提供的基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源，在數(shù)字電源啟動(dòng)過程中，通過判決單元選擇ro控制或PiD控制，實(shí)現(xiàn)積分分離控制，提高了數(shù)字電源的啟動(dòng)速度，減少了超調(diào)量，降低了啟動(dòng)時(shí)間。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的數(shù)字電源的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的數(shù)字電源的信號(hào)流程圖；
[0012]圖3為本發(fā)明的數(shù)字電源和經(jīng)典PID結(jié)構(gòu)數(shù)字電源的啟動(dòng)仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0014]如圖1所示為一種基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源，包括功率級(jí)單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、判決單元、補(bǔ)償控制單元和數(shù)字脈寬調(diào)制單元。判決單元包括絕對(duì)值運(yùn)算模塊、閾值比較模塊和邏輯選擇模塊。補(bǔ)償控制單元包括PID控制器和ro控制器，PID控制器和ro控制器的比例系數(shù)相同，PID控制器和ro控制器的微分系數(shù)相同。功率級(jí)單元包括輸入電壓vin、PMOS管MP、NMOS管麗、電感L、電容C和輸出負(fù)載R，PMOS管MP的源極和襯底與輸入電壓Vin的正端相連，PMOS管MP的漏極與NMOS管麗的漏極以及電感L的一端相連，電感L的另一端與電容C的一端以及輸出負(fù)載R的一端相連，輸入電壓Vin的負(fù)端與NMOS管MN的源極和襯底、電容C的另一端以及輸出負(fù)載R的另一端相連并接地，PMOS管MP和NMOS管麗組合成為開關(guān)管，PMOS管MP的柵極和NMOS管麗的柵極相連后作為開關(guān)管控制端。
[0015]功率級(jí)單元的輸出電壓Vwt和基準(zhǔn)電壓V…做差后得到偏差信號(hào)e(t)，偏差信號(hào)e (t)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元得到數(shù)字量e (k)，判決單元對(duì)數(shù)字量e (k)取絕對(duì)值后進(jìn)行閾值比較:若大于閾值，則將數(shù)字量e (k)輸入PD控制器；若小于等于閾值，則將數(shù)字量e (k)輸入PID控制器；補(bǔ)償控制單元對(duì)數(shù)字量e(k)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電源的延時(shí)補(bǔ)償，輸出占空比值d(