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      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_2

      文檔序號(hào):8321612閱讀:來源:國(guó)知局
      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Vwt增加;當(dāng)占空比波形信號(hào)d(t)為低電平時(shí),開關(guān)管關(guān)斷,電容C放電,輸出電壓Vrat減小。該工作過程中:若輸出電壓Vwt和基準(zhǔn)電壓V M偏差大時(shí),PD控制器發(fā)揮作用;若輸出電壓V _和基準(zhǔn)電壓Vref偏差小時(shí),PID控制器發(fā)揮作用;經(jīng)過兩種控制器的調(diào)節(jié),功率級(jí)單元的輸出電壓V-能迅速調(diào)整到基準(zhǔn)電壓V Mf。
      [0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說明。
      [0017]本案的仿真是在MATLAB中的SMULINK環(huán)境中進(jìn)行的,數(shù)字電源的輸入電壓為Vin=3.3V,基準(zhǔn)電壓為VMf= 1.2V,模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元精度是6位,數(shù)字脈寬調(diào)制單元精度是10位,判決單元中的閾值設(shè)定為0.15。
      [0018]如圖2所示,數(shù)字電源啟動(dòng)時(shí),輸出電壓為Vtjut= 0,基準(zhǔn)電壓Vref與輸出電壓Vwt比較后得到偏差值e (t),模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元將偏差值e (t)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量e (k),判決單元將數(shù)字量e(k)取絕對(duì)值運(yùn)算,并與閾值0.15進(jìn)行比較,判斷絕對(duì)值是否大于閾值0.15:若判斷結(jié)果為是,則選擇H)控制;若判斷結(jié)果為否,則選擇PID控制。補(bǔ)償控制單元將輸出的占空比值d(k)輸入數(shù)字脈寬調(diào)制器,數(shù)字脈寬調(diào)制器將占空比波形信號(hào)d(t)輸入到功率級(jí)單元,更新輸出電壓Vwt的值,再次計(jì)算基準(zhǔn)電壓V %與輸出電壓V _的偏差值e⑴,并經(jīng)由閾值判斷進(jìn)行控制選擇,最后再次更新輸出電壓Vrat,如此循環(huán),直至輸出電壓V-接近基準(zhǔn)值只進(jìn)行PID控制,這樣當(dāng)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓偏差大于閾值時(shí),取消積分作用,以免由于積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低,超調(diào)量增大;當(dāng)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓偏差小于閾值時(shí),弓丨入積分控制,以便消除靜差,提高控制精度。
      [0019]如圖3所示,為本案數(shù)字電源與經(jīng)典PID結(jié)構(gòu)的數(shù)字電源的啟動(dòng)仿真波形圖,其中實(shí)線為本案的數(shù)字電源啟動(dòng)時(shí)間的仿真結(jié)果,虛線為經(jīng)典PID結(jié)構(gòu)數(shù)字電源啟動(dòng)時(shí)間的仿真結(jié)果,坐標(biāo)橫軸為時(shí)間,仿真時(shí)間范圍是從O到3乘以10_4s,縱軸為數(shù)字電源輸出電壓,縱軸范圍是O到3V。如圖3所示,本案的數(shù)字電源與經(jīng)典PID結(jié)構(gòu)數(shù)字電源相比較,從啟動(dòng)時(shí)間看,本案的數(shù)字電源啟動(dòng)時(shí)間為76.5us,經(jīng)典PID結(jié)構(gòu)數(shù)字電源啟動(dòng)時(shí)間為133.5us,啟動(dòng)時(shí)間縮短了 57us ;從超調(diào)量看,本案的數(shù)字電源超調(diào)量為2.08V,經(jīng)典PID數(shù)字電源超調(diào)量為2.33V,超調(diào)量減小了 0.25V ;仿真結(jié)果表明,本案的數(shù)字電源減小了啟動(dòng)時(shí)間,縮短了超調(diào)量。
      [0020]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1.一種基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源,其特征在于: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Vtjut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Vrat增加;當(dāng)占空比波形信號(hào)d(t)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。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源,其特征在于: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。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分分離結(jié)構(gòu)的快速啟動(dòng)數(shù)字電源,其特征在于:所述補(bǔ)償控制單元中,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。
      【專利摘要】本發(fā)明公開了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PD控制器;數(shù)字電源啟動(dòng)過程,模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元將基準(zhǔn)電壓與功率級(jí)輸出電壓之差轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,判決單元中設(shè)定閾值,當(dāng)數(shù)字量絕對(duì)值大于閾值電壓時(shí),數(shù)字量進(jìn)入PD控制器,當(dāng)數(shù)字量絕對(duì)值小于閾值電壓時(shí),數(shù)字量進(jìn)入PID控制器,數(shù)字脈寬調(diào)制單元將相應(yīng)控制器輸出的占空比值轉(zhuǎn)換成占空比波形控制功率級(jí)的導(dǎo)通與關(guān)斷,經(jīng)過兩種控制器調(diào)節(jié),功率級(jí)輸出電壓迅速調(diào)整到基準(zhǔn)電壓,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源的快速啟動(dòng)。
      【IPC分類】H02M1-36
      【公開號(hào)】CN104638899
      【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510061008
      【發(fā)明人】吳建輝, 鄒萌, 徐力, 錢文明, 孟楠, 陳超, 李紅
      【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
      【公開日】2015年5月20日
      【申請(qǐng)日】2015年2月5日
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