一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路制造技术

一种基于双信号路径的数字比例‑积分‑微分补偿电路，属于集成电路技术领域。包括微分模块、第一积分模块、第二积分模块和第一加法器，第一积分模块的输入端连接微分模块的输入端并作为数字比例‑积分‑微分补偿电路的输入端，其输出端连接第一加法器的第一输入端；第二积分模块的输入端连微分模块的输出端，其输出端连接第一加法器的第二输入端；第一加法器的输出端作为数字比例‑积分‑微分补偿电路的输出端。本发明专利技术与模拟补偿控制方法相比具有控制功能强、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点，与传统数字补偿电路相比降低了环路补偿的复杂程度和减少了所用门电路的数量，在提高电路带宽的同时还可以提高电路增益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路
本专利技术属于集成电路
，涉及一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路(DigitalProportionIntegrationDifferentiationCompensator，DPID)，能够应用于DC-DC开关变换器中进行数字控制补偿。
技术介绍
在传统的电力电子电能变换控制系统中，模拟PID(即比例-积分-微分)控制是技术最成熟、应用最广泛的控制方法。随着计算机在控制领域中的推广应用，数字PID控制在现代电力电子电能变换控制系统得到了越来越广泛的应用。近年来，随着电源管理功能越来越复杂，对控制部分的要求不断提高，开关电源已经由模拟控制、模数混合控制，进入到数字控制阶段。数字控制方式抛弃了模拟控制沿用多年的运放反馈网络，代之以数字补偿电路来完成环路的补偿，具有设计周期短、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点，能实现复杂控制。数字控制主要通过三个模块实现：模数转换器(AnalogDigitalConverter，ADC)、数字比例-积分-微分补偿器(DigitalProportionIntegrationDifferentiationCompensator，DPID)和数字脉宽调制器(DigitalPulseWidthModulator，DPWM)。其中，数字比例-积分-微分补偿器(以下简称DPID)是数字电源中的核心模块，它构成了数字电源的补偿网络。一般采用的间接设计法是在传统模拟电源研究方法的基础上，首先将数字电源简化为一个连续的线性系统，忽略了采样保持器效应后设计模拟补偿器。然后采用双线性近似(Tustin)、匹配零极点(MPZ)等方法对其离散化得到数字补偿器。DPID模块的设计直接关系到数字电源的输出精度、动态响应等指标。因此，设计具有良好瞬态响应和稳态响应的DPID补偿器非常关键，也是目前DPID设计的一个难点。为了使系统稳定，且具有良好的瞬态响应和稳态响应，需要对对环路进行相位补偿，使得环路在总的开环相位延迟小于360°，相位裕度达到60°左右。电压模式Buck变换器中一般采用三型补偿，但是需要很大的电阻和电容，很难片内集成。相比于传统的三型补偿，伪三型补偿电路会减小电容和电阻面积，使片内集成成为可能，是较为理想的补偿方式。
技术实现思路
针对上述模拟补偿控制方法存在的控制方法单一以及不能适应复杂控制等问题，本专利技术提出一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路，相比于模拟补偿控制方法来说，能够发挥数字信号处理器的优势，控制功能更强，具有设计周期短、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点；且只采用两条通路，相比于传统数字补偿电路采用的比例、积分和微分三条通路来说降低了环路补偿的复杂程度和减少了所用门电路的数量，尤其适用于DC-DC开关变换器。本专利技术的技术方案为：一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路，包括：微分模块，用于产生一个零点和一个极点；第一积分模块，用于产生一个极点；第二积分模块，用于产生一个极点；和第一加法器；所述第一积分模块的输入端连接所述微分模块的输入端并作为所述数字比例-积分-微分补偿电路的输入端，其输出端连接第一加法器的第一输入端，所述第二积分模块的输入端连接所述微分模块的输出端，其输出端连接第一加法器的第二输入端，用于产生一个额外的零点；第一加法器的输出端作为所述数字比例-积分-微分补偿电路的输出端。具体的，所述第一积分模块包括第一乘法器、第二加法器、第一延迟寄存单元和第二延迟寄存单元，第一乘法器的第一输入端作为所述第一积分模块的输入端，其第二输入端连接第一系数A，其输出端连接第一延迟寄存单元的输入端和第二加法器的第一输入端；第二加法器的第二输入端连接第一延迟寄存单元的输出端，其第三输入端连接第二延迟寄存单元的输出端，其输出端连接第二延迟寄存单元的输入端并作为所述第一积分模块的输出端。具体的，所述微分模块包括第二乘法器、第三乘法器、第五乘法器、第三加法器、第三延迟寄存单元和第四延迟寄存单元，第二乘法器的第一输入端连接第三延迟寄存单元的输出端，其第二输入端连接第二系数B1，其输出端连接第三加法器的第一输入端；第三加法器的第二输入端连接第三延迟寄存单元的输入端并作为所述微分模块的输入端，其第三输入端连接第三乘法器的输出端，其输出端连接第四延迟寄存单元的输入端和第五乘法器的第一输入端；第三乘法器的第一输入端连接第四延迟寄存单元的输出端，其第二输入端连接第三系数B2；第五乘法器的第二输入端连接第四系数B3，其输出端作为所述微分模块的输出端。具体的，所述第二积分模块包括第四乘法器、第四加法器、第五延迟寄存单元和第六延迟寄存单元，第四加法器的第一输入端连接第五延迟寄存单元的输入端并作为所述第二积分模块的输入端，其第二输入端连接第五延迟寄存单元的输出端，其第三输入端连接第四乘法器的输出端，其输出端连接第六延迟寄存单元的输入端并作为所述第二积分模块的输出端；第四乘法器的第一输入端连接第六延迟寄存单元的输出端，其第二输入端连接第五系数C。本专利技术的工作原理为：本专利技术提出的基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路，输入信号一方面流经微分模块和第二积分模块，在微分模块进行微分运算产生一个零极点对，其中零点低于极点，随后在第二积分模块进行积分运算产生一个高频极点；另一方面，输入信号流经第一积分模块进行积分运算产生低频极点；同时微分模块、第一积分模块和第二积分模块的组合可以产生一个额外的零点，因此本专利技术可以实现数字比例-积分-微分DPID补偿所需要的3个极点和2个零点。本专利技术提出的数字比例-积分-微分补偿电路的离散域补偿传递函数满足：P(z)＝B(z)*C(z)+A(z)其中A(z)、B(z)、C(z)分别是第一积分模块、微分模块和第二积分模块的离散域传递函数，通过改变第一积分模块、微分模块和第二积分模块的结构，以及各个模块中的系数使本专利技术提出的数字比例-积分-微分补偿电路引入了三个极点、两个零点，满足上式从而实现数字比例-积分-微分补偿。本专利技术的有益效果为：本专利技术相比于模拟补偿控制方法来说具有控制功能更强、设计周期短、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点；相比于传统数字补偿电路采用的比例、积分和微分三条通路来说，本专利技术将DPID补偿函数进行了数学处理，拆分成为了积分路径和微分路径两条路径，降低了环路补偿的复杂程度和减少了所用门电路的数量；利用微分模块在远低于单位增益处设置零点提高相位裕度，低频零点使系统带宽变大，进而提高了系统的瞬态响应速度；采用第一积分模块设置低频极点，增加低频增益，降低稳态误差；采用第二积分模块设置高频极点，以抑制高频噪声；使得本专利技术在提高电路带宽的同时还可以提高电路的增益；本专利技术尤其适用于DC/DC开关电源。附图说明图1是本专利技术提出的一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路用于数字控制Buck型DC-DC变换器的结构示意图。图2是本专利技术提出的一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路在实施例中的具体结构示意图。图3是本专利技术提出的一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路中零极点产生过程示意图。图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双信号路径的数字比例‑积分‑微分补偿电路，其特征在于，包括：微分模块，用于产生一个零点和一个极点；第一积分模块，用于产生一个极点；第二积分模块，用于产生一个极点；和第一加法器；所述第一积分模块的输入端连接所述微分模块的输入端并作为所述数字比例‑积分‑微分补偿电路的输入端，其输出端连接第一加法器的第一输入端，所述第二积分模块的输入端连接所述微分模块的输出端，其输出端连接第一加法器的第二输入端，用于产生一个额外的零点；第一加法器的输出端作为所述数字比例‑积分‑微分补偿电路的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路，其特征在于，包括：微分模块，用于产生一个零点和一个极点；第一积分模块，用于产生一个极点；第二积分模块，用于产生一个极点；和第一加法器；所述第一积分模块的输入端连接所述微分模块的输入端并作为所述数字比例-积分-微分补偿电路的输入端，其输出端连接第一加法器的第一输入端，所述第二积分模块的输入端连接所述微分模块的输出端，其输出端连接第一加法器的第二输入端，用于产生一个额外的零点；第一加法器的输出端作为所述数字比例-积分-微分补偿电路的输出端。2.根据权利要求1所述的基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿电路，其特征在于，所述第一积分模块包括第一乘法器、第二加法器、第一延迟寄存单元和第二延迟寄存单元，第一乘法器的第一输入端作为所述第一积分模块的输入端，其第二输入端连接第一系数，其输出端连接第一延迟寄存单元的输入端和第二加法器的第一输入端；第二加法器的第二输入端连接第一延迟寄存单元的输出端，其第三输入端连接第二延迟寄存单元的输出端，其输出端连接第二延迟寄存单元的输入端并作为所述第一积分模块的输出端。3.根据权利要求1所述的基于双信号路径的数字比例-积分-微分补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄少伟，武昕，王佳佳，陈思远，罗萍，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51