一种降压电路的扰动抑制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种降压电路的扰动抑制装置，所述降压电路模块、电压采集模块、PID控制模块、补偿模块、PWM发生模块依次相连接，所述电压采集模块的一个输出端、补偿模块的输出端分别同所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端连接所述补偿模块的一个输入端；本实用新型专利技术能够及时调整控制信号，提高输出电压精确度，缩短调节时间。同时扰动观测器具有无需设置额外的采集电路，结构简单，运算量小，便于实现等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种降压电路的扰动抑制装置
本技术涉及电源电压控制领域，特别涉及消除电源外部干扰的理论方法和实 现电路。
技术介绍
近年来，降压电路广泛应用于车载电源、太阳能电池、医疗设备等领域。在输入电 压波动或者负载大小改变的情况下，传统基于PID控制的降压电路的输出电压变化较大， 且恢复到期望值附近所需的时间较长。在干扰严重的环境下，上述问题更为突出，难以满足 高精度的稳压控制要求。该问题已经成为目前稳压电源亟需解决的关键问题。 扰动观测技术是通过将外部扰动及模型摄动造成的实际对象和标称模型（名义 模型）输出的差异等效到控制输入端，然后在控制中引入等效补偿，实现对干扰的抑制。从 已有文献来看，扰动观测方法作为一种抑制扰动的工具，在直流伺服电机控制、磁盘驱动、 机器人、数控等领域得到了广泛的应用。同时，扰动观测技术由于计算量小、不需要安装额 外的传感器等特点，非常适用于提高控制系统的抗干扰能力。 鉴于以上优点，将扰动观测技术应用到降压电路的控制中，不需要增加电压或者 电流的采集节点，就可以很方便的消除外部扰动对电路造成的影响。
技术实现思路
本技术的目的是当运行过程中遇到突变扰动时，例如突加负载，基于PID控 制模块的降压电路很难保证输出电压跟踪的精确性，且恢复到期望值需要较长时间，针对 上述技术问题，本技术提供一种扰动观测补偿策略及其电路实现，提高降压电路的扰 动抑制能力，使得传统PID控制降压电路输出电压精度更高，稳定性更好，同时响应速度也 得到了提升。 -种降压电路的扰动抑制装置，包括降压电路模块、电压采集模块、PID控制模块、 补偿模块、PWM发生模块、扰动观测器模块；所述降压电路模块连接电压采集模块，所述电 压采集模块连接PID控制模块，所述PID控制模块连接补偿模块，所述补偿模块连接PWM发 生模块，所述PWM发生模块连接降压电路模块，所述电压采集模块的一个输出端、补偿模块 的输出端分别同所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端连接所述补偿 模块的一个输入端； 所述电压采集模块采用高精电阻进行分压，调节分压比例，使得电路稳定后采集 电压与基准电压相等；所述电压采集模块输入端为降压电路实际输出电压队，输出端将采 集电压U tl分别送入PID模块和扰动观测器模块的输入端； 所述PID模块用于根据基准电压UMf与采集模块所得电压之间的差值进行比例放 大，积分和微分，得到控制量；所述PID模块输入信号为基准电压U, ef，PID将输出电压信号 W送入补偿模块； 所述扰动观测器模块用以通过采集模块所得电压，由运算放大器得到扰动估计 值，并对控制量进行补偿；所述扰动观测器模块的输入端为采集电压Utl和控制信号u，所述 扰动观测器模块的输出端将扰动补偿量$送入补偿模块； 所述PWM发生模块是用比较器将补偿后的控制量与幅值5V的锯齿波进行比较，产 生PWM波，所述PWM发生模块输入端为控制信号u，输出端将PWM信号δ送入降压电路的输 入端。 进一步，所述扰动观测器模块包括二阶低通滤波器模块、二阶低通滤波环节与二 阶微分电路串联模块、比较模块；所述二阶低通滤波器模块由两个惯性环节电路相串联构 成，所述二阶低通滤波器模块的输入端与PID模块的输出端连接；所述第一个惯性环节电 路是将电阻R202与电容C201并联后连接到运算放大器U8B的输入负端与输出端，再将电 阻R201 -端连接到运算放大器U8B的输入负端，作为惯性环节的输入端，运算放大器U8B 的输出端作为第一惯性环节电路的输出端，所述第二个惯性环节电路是将电阻R204与电 容C202并联后连接到运算放大器U7B的输入负端与输出端，再将电阻R203 -端连接到运 算放大器U7B的输入负端，作为惯性环节的输入端，运算放大器U7B的输出端作为二阶低通 滤波器模块的输出端。 所述二阶低通滤波环节与二阶微分电路串联模块包括第三、第四惯性环节电路、 一个比例微分电路、一个加法电路；先将第三、第四惯性环节电路串联，再与比例微分电路 串联，将加法电路的第一个输入端与比例微分电路的输出端连接，加法电路的第二个输入 端与第三、第四惯性环节电路输入端连接，并作为所述二阶低通滤波环节与二阶微分电路 串联模块的输入端，所述加法电路的输出端作为所述二阶低通滤波环节与二阶微分电路串 联模块的输出端；所述第三个惯性环节电路是将电阻R102与电容ClOl并联后连接到运算 放大器U2A的输入负端与输出端，再将电阻RlOl -端连接到运算放大器U2A的输入负端， 作为惯性环节的输入端，运算放大器U2A的输出端作为第三惯性环节电路的输出端，所述 第四个惯性环节电路是将电阻R104与电容C102并联后连接到运算放大器U2B的输入负端 与输出端，再将电阻R103 -端连接到运算放大器U2B的输入负端，作为惯性环节的输入端， 运算放大器U2B的输出端作为惯性环节电路的输出端；所述比例微分电路是将电阻R106与 电阻R107串联后分别连接到运算放大器U3A的输入负端与输出端，再将电容C103 -端接 地，电容C103另一端连接到电阻R106与电阻R107之间，最后将电阻R105 -端与运算放大 器U3A输入负端连接，电阻R105的另一端与第二惯性环节电路的输出端连接；所述加法电 路由电阻R108、R109、RllO和运算放大器U4B构成，将电阻RllO -端与运算放大器U4B输 出端连接，电阻RllO另一端与运算放大器U4B输入负端连接，电阻R108-端作为加法电路 的第一输入端且与运算放大器U4B输入负端连接，电阻R108另一端与运算放大器U3A输出 端连接；电阻R109 -端作为加法电路第二输入端且与运算放大器U4B输入负端连接，所述 电阻R109另一端与电压采集模块的输出端连接。 所述比较模块包括一个加法电路，所述比较模块的输入端分别与所述二阶低通滤 波器模块、二阶低通滤波环节与二阶微分电路串联模块的输出端连接，所述比较模块的运 算放大器U3A输出端作为整个扰动观测器模块的输出端；将电阻R303 -端与运算放大器 U3B输出端连接，电阻R303另一端与运算放大器U3B输入负端连接，电阻R301 -端作为加 法电路的第一输入端且与运算放大器U3B输入负端连接，电阻R301另一端与运算放大器 U7B输出端连接；电阻R302 -端作为加法电路第二输入端且与运算放大器U3B输入负端连 接，电阻R302另一端与运算放大器U4B的输出端连接。 进一步，所述补偿模块包括运算放大器U6A、电阻R401、电阻R402、电阻R403、电阻 R404,将扰动观测器所得的估计干扰值作为补偿量，对PID控制信号进行补偿，再输出补偿 后的控制信号；将电阻R403 -端与运算放大器输入正端连接，电阻R403的另一端接地；电 阻R401 -端与运算放大器U6A输入正端连接，电阻R401的另一端作为补偿模块第一输入 端；电阻R404 -端与运算放大器U6A输出端连接，电阻R404的另一端与运算放大器U6A输 入负端连接；电阻R402-端与运算放大器U6A输入负端连接，电阻R402的另一端作为补偿 模块第二输入端，将运算放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降压电路的扰动抑制装置，其特征在于：包括降压电路模块、电压采集模块、PID控制模块、补偿模块、PWM发生模块、扰动观测器模块；所述降压电路模块连接电压采集模块，所述电压采集模块连接PID控制模块，所述PID控制模块连接补偿模块，所述补偿模块连接PWM发生模块，所述PWM发生模块连接降压电路模块，所述电压采集模块的一个输出端、补偿模块的输出端分别同所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端连接所述补偿模块的一个输入端；所述电压采集模块采用高精电阻进行分压，调节分压比例，使得电路稳定后采集电压与基准电压相等；所述电压采集模块输入端为降压电路实际输出电压UL，输出端将采集电压U0分别送入PID模块和扰动观测器模块的输入端；所述PID模块用于根据基准电压Uref与采集模块所得电压之间的差值进行比例放大，积分和微分，得到控制量；所述PID模块输入信号为基准电压Uref，PID将输出电压信号ur送入补偿模块；所述扰动观测器模块用以通过采集模块所得电压，由运算放大器得到扰动估计值，并对控制量进行补偿；所述扰动观测器模块的输入端为采集电压U0和控制信号u，所述扰动观测器模块的输出端将扰动补偿量送入补偿模块；所述PWM发生模块是用比较器将补偿后的控制量与幅值5V的锯齿波进行比较，产生PWM波，所述PWM发生模块输入端为控制信号u，输出端将PWM信号δ送入降压电路的输入端。...

【技术特征摘要】
1. 一种降压电路的扰动抑制装置，其特征在于：包括降压电路模块、电压采集模块、 PID控制模块、补偿模块、PWM发生模块、扰动观测器模块；所述降压电路模块连接电压采集 模块，所述电压采集模块连接PID控制模块，所述PID控制模块连接补偿模块，所述补偿模 块连接PWM发生模块，所述PWM发生模块连接降压电路模块，所述电压采集模块的一个输出 端、补偿模块的输出端分别同所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端 连接所述补偿模块的一个输入端； 所述电压采集模块采用高精电阻进行分压，调节分压比例，使得电路稳定后采集电压 与基准电压相等；所述电压采集模块输入端为降压电路实际输出电压队，输出端将采集电 压Utl分别送入PID模块和扰动观测器模块的输入端； 所述PID模块用于根据基准电压UMf与采集模块所得电压之间的差值进行比例放大， 积分和微分，得到控制量；所述PID模块输入信号为基准电压UMf，PID将输出电压信号w送 入补偿模块； 所述扰动观测器模块用以通过采集模块所得电压，由运算放大器得到扰动估计值，并 对控制量进行补偿；所述扰动观测器模块的输入端为采集电压Utl和控制信号u，所述扰动 观测器模块的输出端将扰动补偿量?送入补偿模块； 所述PWM发生模块是用比较器将补偿后的控制量与幅值5V的锯齿波进行比较，产生 PWM波，所述PWM发生模块输入端为控制信号u，输出端将PWM信号δ送入降压电路的输入 端。2. 根据权利要求1所述的一种降压电路的扰动抑制装置，其特征在于：所述扰动观 测器模块包括二阶低通滤波器模块、二阶低通滤波环节与二阶微分电路串联模块、比较模 块； 所述二阶低通滤波器模块由两个惯性环节电路相串联构成，所述二阶低通滤波器模块 的输入端与PID模块的输出端连接；所述第一个惯性环节电路是将电阻R202与电容C201 并联后连接到运算放大器U8B的输入负端与输出端，再将电阻R201 -端连接到运算放大器 U8B的输入负端，作为惯性环节的输入端，运算放大器U8B的输出端作为第一惯性环节电路 的输出端，所述第二个惯性环节电路是将电阻R204与电容C202并联后连接到运算放大器 U7B的输入负端与输出端，再将电阻R203 -端连接到运算放大器U7B的输入负端，作为惯性 环节的输入端，运算放大器U7B的输出端作为二阶低通滤波器模块的输出端； 所述二阶低通滤波环节与二阶微分电路串联模块包括第三、第四惯性环节电路、一个 比例微分电路、一个加法电路；先将第三、第四惯性环节电路串联，再与比例微分电路串联， 将加法电路的第一个输入端与比例微分电路的输出端连接，加法电路的第二个输入端与第 三、第四惯性环节电路输入端连接，并作为所述二阶低通滤波环节与二阶微分电路串联模 块的输入端，所述加法电路的输出端作为所述二阶低通滤波环节与二阶微分电路串联模块 的输出端；所述第三个惯性环节电路是将电阻R102与电容ClOl并联后连接到运算放大器 U2A的输入负端与输出端，再将电阻RlOl -端连接到运算放大器U2A的输入负端，作为惯 性环节的输入端，运算放大器U2A的输出端作为第三惯性环节电路的输出端，所述第四个 惯性环节电路是将电阻R104与电容C102并联后连接到运算放大器U2B的输入负端与输出 端，再将电阻R103 -端连接到运算放大器U2B的输入负端，作为惯性环节的输入端，运算放 大器U2B的输出端作为惯性环节电路的输出端；所述比例微分电路是将电阻R106与电阻 R107串联后分别连接到运算放大器U3A的输入负端与输出端，再将电容C103 -端接地，电 容C103另一端连接到电阻R106与电阻R107之间，最后将电阻R105 -端与运算放大器U3A 输入负端连接，电阻R105的另一端与第二惯性环节电路的输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁世宏，王加典，黄振跃，马莉，姬伟，赵德安，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32