一种DC-DC开关电源的PID控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种DC‑DC开关电源的PID控制电路，属于开关电源技术领域，该控制电路包括：延时环节，误差脉冲产生环节，积分微分脉冲产生环节，移相载波产生环节和比例积分微分脉冲组合环节。本发明专利技术通过将功率电路的输出电压和载波比较后生成脉宽信号，以逻辑运算的方法实现控制策略，因而在控制电路中的信号基本上是以脉冲的形式传递，对比模拟控制，本发明专利技术电路不易受到器件参数漂移的影响，控制效果与数字控制相仿；同时电路发明专利技术中脉宽的逻辑运算都较为简单，可直接通过逻辑门实现，无需采用数字处理器，对比数字控制，其成本低廉。

A PID control circuit of DC-DC switching power supply

【技术实现步骤摘要】
一种DC-DC开关电源的PID控制电路
本专利技术属于开关电源领域，更具体地，涉及一种DC-DC开关电源的PID控制电路。
技术介绍
随着科技的发展和消费水平的提高，越来越多的移动设备应用到日常生活之中，如智能手机，笔记本电脑，平板电脑，移动穿戴设备等。这些移动设备大都需要直流电源供电，因而对直流电源变换器有着较大的需求。对比线性电源，DC-DC开关电源损耗低，体积小，效率高，已得到了广泛应用。控制器设计与DC-DC开关电源的性能有很大关系，同时也在一定程度上影响着DC-DC开关电源的设计制造成本，因此具有重要的研究价值。DC-DC开关电源的控制可以分为模拟控制和数字控制：模拟控制是用模拟器件搭建控制电路，控制策略全部由模拟电路实现，电路使用的器件性能和电路拓扑决定了控制效果的优劣。如专利技术专利《Aproportional-integral-derivative(PID)analogcontrollerandamethodfortestingaPIDanalogcontrollerofaDC/DCconverter》，公开号EP2741408，公开日2018年5月16日，提出了一种基于DC-DC变换器的PID模拟控制，此PID模拟控制的控制回路由运算跨导放大器(OTA)和PID模拟控制器的反馈网络形成；专利技术专利《一种BUCK控制器和输出电压的控制方法》，公开号CN106899210B，公开日2019年2月26日，提出了一种基于Buck电路的模拟控制方式，提高了电路瞬态响应的能力。模拟控制的优点是成本低廉，因而在很多对成本要求严格的场合有重要应用。模拟控制的缺点在于器件受环境影响较大，器件的参数漂移会导致电路产生较大误差，控制效果相对较差。数字控制是以数字处理芯片为核心的控制系统，控制策略以程序的形式存储于数字处理芯片中，只需少量的外围电路，程序即可运行从而实现所需的控制功能。如专利技术专利《PIDbasedcontrollerforDC-DCconverterwithpost-processingfilters》，公开号US2006023479，公开日2006年2月2日，提出了一种控制DC-DC变换器的数字PID控制器，该专利技术通过模数转换器将模拟电压转换为数字信号，再通过差分电路得到误差信号，进而用数字补偿器处理误差信号，最终得到开关控制信号；专利技术专利《一种Boost型DC-DC变换器的自适应控制系统》，公开号CN108539978A，公开日2018年9月14日，提出了一种Boost型DC-DC变换器的自适应控制系统，通过AD采样对Boost变换器的输出电压和电流进行采样并获取实时反馈输出电压、实时反馈输出电流发送给控制器，由控制器做出控制决策。专利技术专利《车载DC/DC电源数字控制装置》的，公开号CN108880267A，公开日2018年11月13日，提出了一种基于DSP的车载DC-DC电源数字控制装置。数字控制因其控制信号都是数字量因而不会因为器件的参数漂移而引起较大的误差，能同时实现PWM调制，并且电路简单。但是数字处理芯片价格较高，尤其是运算和存储要求较高的数字处理芯片价格相对模拟器件来说十分高昂，因而数字控制的成本较高。综上，数字控制和模拟控制均有各自的优点，但也存在各自的不足之处。模拟控制的缺点在于器件受环境影响较大，器件的参数漂移会导致电路产生较大误差，控制效果相对较差。数字控制不受器件参数漂移影响；而数字处理芯片价格较高，尤其是运算和存储要求较高的数字处理芯片价格相对模拟器件来说十分高昂，因而数字控制的成本较高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种DC-DC开关电源的PID控制电路，其目的在于减小器件参数漂移对控制电路的影响，以提高控制效果，同时降低控制成本。为实现上述目的，本专利技术提供了一种DC-DC开关电源的PID控制电路，包括：延时环节，误差脉冲产生环节，积分微分脉冲产生环节，移相载波产生环节和比例积分微分脉冲组合环节；功率电路的输出电压Uo经过所述延时环节，输出前一个开关周期的输出电压Uod与前两个开关周期的输出电压Uodd；所述功率电路的输出电压Uo、前一个开关周期的输出电压Uod、前两个开关周期的输出电压Uodd、参考电压Uref和预设载波c1共同作为所述误差脉冲产生环节的输入，所述误差脉冲产生环节的输出包括当前时刻的误差脉冲信号P1、前一个周期的误差脉冲信号P2、前两个周期的误差脉冲信号P3和参考脉冲vref；所述参考脉冲vref经过所述移相载波产生环节，产生参考载波c2；当前时刻的误差脉冲信号P1、前一个周期的误差脉冲信号P2、前两个周期的误差脉冲信号P3和参考载波c2共同作为所述积分微分脉冲产生环节的输入，所述积分微分脉冲产生环节的输出为积分微分脉冲vID；所述积分微分脉冲vID、当前时刻的误差脉冲信号P1共同作为所述比例积分微分脉冲组合环节的输入，所述比例积分微分脉冲组合环节的输出为用于控制DC-DC变换器开关管通断的PID调节脉冲信号vPID，以调节所述DC-DC变换器的输出电压。进一步地，所述误差脉冲产生环节包括多个误差脉冲子单元；各个所述误差脉冲子单元分别产生当前时刻的误差脉冲信号P1、前一个周期的误差脉冲信号P2、前两个周期的误差脉冲信号P3；每个误差脉冲信号包括正误差脉冲verr+和负误差脉冲verr-；产生当前时刻的误差脉冲信号P1的误差脉冲子单元的逻辑表达式为：其中，vref为参考电压Uref和预设载波c1比较后得到的方波信号；vo为功率电路的输出电压Uo和预设载波c1比较后得到的方波信号；产生前一个周期的误差脉冲信号P2的误差脉冲子单元的逻辑表达式为：其中，vod为前一个开关周期的输出电压Uod和预设载波c1比较后得到的方波；产生前两个周期的误差脉冲信号P3的误差脉冲子单元的逻辑表达式为：其中，vodd为前两个开关周期的输出电压Uodd和预设载波c1比较后得到的方波。进一步地，所述当前时刻的误差脉冲信号P1的脉冲宽度与所述参考电压Uref和功率电路的输出电压Uo的差值成比例关系；所述前一个周期的误差脉冲信号P2的脉冲宽度与所述参考电压Uref和前一个开关周期的输出电压Uod的差值成比例关系；所述前两个周期的误差脉冲信号P3的脉冲宽度与所述参考电压Uref和前两个开关周期的输出电压Uodd的差值成比例关系。进一步地，所述参考载波c2和预设载波c1的周期均与开关周期相等，且所述参考载波c2的相位超前所述预设载波c1，超前的相位与所述参考脉冲vref的脉冲宽度成比例；所述预设载波c1为锯齿波。进一步地，所述移相载波产生环节包括三极管共集电极电路模块、高通滤波模块、恒流源模块和电容放电模块。进一步地，所述积分微分脉冲产生环节包括多个电容的恒流充放电电路。进一步地，所述比例积分微分脉冲组合环节的逻辑表达式为：进一步地，所述延时环节为LRC延时电路。总体而言，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC-DC开关电源的PID控制电路，其特征在于，包括：延时环节、误差脉冲产生环节、积分微分脉冲产生环节、移相载波产生环节和比例积分微分脉冲组合环节；/n功率电路的输出电压U

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC开关电源的PID控制电路，其特征在于，包括：延时环节、误差脉冲产生环节、积分微分脉冲产生环节、移相载波产生环节和比例积分微分脉冲组合环节；
功率电路的输出电压Uo经过所述延时环节，输出前一个开关周期的输出电压Uod与前两个开关周期的输出电压Uodd；
所述功率电路的输出电压Uo、前一个开关周期的输出电压Uod、前两个开关周期的输出电压Uodd、参考电压Uref和预设载波c1共同作为所述误差脉冲产生环节的输入，所述误差脉冲产生环节的输出包括当前时刻的误差脉冲信号P1、前一个周期的误差脉冲信号P2、前两个周期的误差脉冲信号P3和参考脉冲vref；
所述参考脉冲vref经过所述移相载波产生环节，产生参考载波c2；
当前时刻的误差脉冲信号P1、前一个周期的误差脉冲信号P2、前两个周期的误差脉冲信号P3和参考载波c2共同作为所述积分微分脉冲产生环节的输入，所述积分微分脉冲产生环节的输出为积分微分脉冲vID；
所述积分微分脉冲vID、当前时刻的误差脉冲信号P1共同作为所述比例积分微分脉冲组合环节的输入，所述比例积分微分脉冲组合环节的输出为用于控制DC-DC变换器开关管通断的PID调节脉冲信号vPID，以调节所述DC-DC变换器的输出电压。


2.根据权利要求1所述的一种DC-DC开关电源的PID控制电路，其特征在于，所述误差脉冲产生环节包括多个误差脉冲子单元；各个所述误差脉冲子单元分别产生当前时刻的误差脉冲信号P1、前一个周期的误差脉冲信号P2、前两个周期的误差脉冲信号P3；每个误差脉冲信号包括正误差脉冲verr+和负误差脉冲verr-；
产生当前时刻的误差脉冲信号P1的误差脉冲子单元的逻辑表达式为：



其中，vref为参考电压Uref和预设载波c1比较后得到的方波信号；vo为功率电路的输出电压Uo和预设载波c1比较后得到的方波信号；
产生前一个周期的误差脉冲信号P2的误差脉冲子...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，陈迪畅，钟坤，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42