一种控制开关电路装置的方法及用其实现的控制电路制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种控制开关电路装置的非线性无静差控制方法及用该方法设计的控制电路，方法的主要特征是在对误差信号进行积分运算时将交流信号与误差信号叠加，在误差信号为零条件下利用交流信号维持积分器输出；用该方法设计的控制电路由误差积分环节１、比较器环节２、信号转换环节３及交流信号产生环节４构成，电路具有简单、实用、控制精度高等特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

Method for controlling switch circuit device and control circuit realized with the same

The invention discloses a nonlinear control switch circuit device without static error control method and control circuit designed by this method, the main feature of the scheme is in integral operation of the AC signal error signal and the error signal superimposed in the error signal to zero under the condition of using the AC signal to maintain the output of the integrator; error integral part 1, the comparator link by the control circuit designed by this method, the signal conversion part 3 and 2 AC signal generating part 4, circuit is simple, practical and high control precision.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制开关电路装置的负反馈控制方法及用该方法实现的控制电路。开关电路装置是指含有半导体开关器件的，具有能量转换功能或具有控制功能的电路装置，与模拟电路相比，开关电路具有高效节能等优点。而负反馈控制电路是一种自动调节系统，其作用是通过环路的自身调节，使输入与输出间保持某种预定的关系，被广泛用于电子设备或控制系统中，用以提高技术性能指标或实现某种特定的功能。由于开关电路具有非线性特点，在使用线性负反馈方法对其进行控制时，控制精度不够理想。专利US3659184曾提出一种非线性控制电路，电路主要由积分器和比较器构成，提高了控制精度。但这种电路在以PWM方式控制开关电路的开关工作比且开关工作比大于0.5时会出现失稳现象。专利US5278490提出的对开关电路的一个周期控制方法，实现其方法的控制电路与前者类似，也含有一个积分器及比较器。其主要优点是在以PWM方式控制工作比时，当工作比大于0.5时闭环反馈依然是稳定的。但所提供的控制电路在一个开关周期内必须对积分器置位清零。这不但增加了电路的复杂程度，而且在置位期间内，开关电路的输入电压及负载的的运动状态被封锁，而输入电压及负载的变化是扰动开关电路输出的两个最重要的原因。即这种解决控制失稳的方法，是以损失反馈信号为代价的。另外，上述两个专利的共同缺点是反馈信号必须是经开关器件斩波的开关信号，而不能是直接反应被控对象运动状态的模拟量信号，或者说使用上述的专利所提供的控制电路进行闭环反馈时，必须把开关电路输出端的电感、电容等惯性元件置于反馈环之外。这种对反馈信号限定的缺点有两个，一是在进行电压控制时，输出电压与反馈信号被电感隔离，电感的损耗对控制精度形成影响，二是在进行电流控制或其他的物理量如速度、温度、压力、流量等为被控对象时，反馈信号都无法直接馈送到控制器的反馈输入端，这将对控制电路的实用性形成影响。本专利技术的目的是能够克服上述缺点，即提供一种稳定性好、控制精度高、能够接收模拟量信号作为反馈信号的控制开关电路的方法及用该方法设计的控制电路。为了实现上述目的，本专利技术改进现有的闭环负反馈控制方法。众所周知，闭环负反馈是检测误差，纠正误差，使误差值趋近于零，误差是指闭环控制系统的输入信号与反馈信号之差。虽然闭环负反馈的目的是消除误差，但误差信号在控制系统中的作用却是重要的。如闭环负反馈系统中的误差放大器必须依赖误差信号才能维持输出，当误差信号为零，系统便无法正常工作。又如闭环控制失稳，现有技术是利用微分法或积分法对系统进行校正。微分校正是以降低低频段放大倍数为代价，结果是增加低频段的误差，而积分校正是以降低中频或高频段的放大倍数为代价，结果是增加中频或高频段的误差。本专利技术改进现有闭环控制方法的思想是即要能达到消除误差的目的，又要能够充分利用误差信号的作用，根据这种主导思想，本专利技术采用如下的技术方案。由于开关电路装置是靠控制开关元件的周期性导通时间或关断时间来控制输出的，因此，开关装置的输出信号可能是未经滤波的脉冲信号，也可能是经过滤波环节输出的平稳信号，但不论何种信号，开关电路装置输出的信号都应视为是平均值信号。例如，用PWM方式控制降压DC/DC变换时，当开关元件导通，开关电路装置输出与开关器件连接的直流电压ui，而开关关断时输出电压为零，开关电路装置输出的电压信号Vo的表达式为Vo=tonTui=1T∫0tonuidt=1T∫0TVodt]]>式中ton为开关导通时间，T为开关周期，vo为输出电压信号的瞬时值。由于反馈信号的平均值Vf与Vo存在确定的比例关系，而控制系统的输入参考信号vr相对开关周期而言，是一个变化相对缓慢的信号。因此当开关电路装置作为被控对象时，闭环反馈的目的是消除误差信号e在一个开关周期内的平均值。如误差信号平均值为E，参考信号的平均值为Vr应有E=Vr-Vf=1T∫0Tedt=1T∫0TVrdt-1T∫0TVfdt------(1)]]>对于平均值信号E，如果与其叠加一个周期为T的交流信号，由于交流信号一个周期的平均值为零，所以并不改变E的数值。即E=1T∫0Tedt+1T∫0Tv~dt=1T∫0T(e+v~)dt----(2)]]>我们可以把e+视为叠加了交流信号的偏差信号的瞬时值。(2)式说明引入交流信号后不改变误差信号E的数值，但要实现稳定的闭环负反馈控制，交流信号应具备的条件为交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同且交流信号与反馈信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号积分值的绝对值，即|∫vrdt+∫dt|=|∫(vr+)dt|＞|∫vfdt|在开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号积分值的绝对值，即|∫vrdt＜|∫vrdt+∫vfdt=|∫(vr+vr)dt|由于开关电路装置的输出正比于开关工作比D,D=ton/T=ton/(ton+toff)式中toff为开关关断时间，因此只要能控制工作比，便能够控制开关电路装置的输出。由D的表达式可知，可以有以下三种方式控制工作比a．将开关周期定为常量，控制导通时间；b．将开关关断时间定为常量，控制导通时间；c．将开关导通时间定为常量，控制关断时间。以上三种控制方式中，a为最常用的PWM方式，在此方式中，当开关导通时间确定之后，关断时间便随之确定。所以，a、b都可以视为预先确定好关断时间，控制导通时间的控制方式。本专利技术先用(2)式说明如何实现a、b两种控制方式。为了说明问题我们建立时间坐标，并顺序选择五个时间点t0、t1、t2、t3及t4。假定在(t0,t1]及(t2,t3]区间，对应开关元件的关断时间，在(t1,t2]及(t3,t4]区间，对应开关元件的导通时间。在(t0,t1]区间，误差信号的积分值为1T∫t0t1(e+v~)dt=1T∫t0t1(vr-vf)dt+1T∫t0t1v~dt---(3)]]>在上式中，由于存在交流信号，即使此区间vr与vf相等，偏差信号瞬时值e+=(vr-vf)+，只有在交流信号过零点时为零，其余时间均不为零。根据对交流信号的限定条件，在此区间交流信号的积分值不为零且积分值符号与vr的积分值符号相同。当时间等于t1时，关断时间结束，将误差信号的积分值存储下来。由于(t0,t1]区间的时间长短是预先确定的，所以此区间开关电路装置的运动状态不受误差信号大小的影响，当时间大于t1，开关导通，选择时间动点t，将误差信号的积分值写成时间的函数1T∫t0t(e+v~)dt=1T∫t0t1(e+v~)dt+1T∫t1t1+t[(vr-vf)+v~]dt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制开关电路装置的方法，方法的步骤是：（１）建立以开关电路装置为被控对象的闭环负反馈控制电路，以ＰＷＭ方式控制开关工作比，确定固定的开关周期及最大脉宽，当对开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号 及反馈信号，其特征是：所说控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号；交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置中的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值 之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在开关电路装置中的开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；（２）计算参考信号与反馈信号 的差值信号，并将此差值信号与（１）所说的交流信号叠加；（３）在开关关断时间区间对（２）所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，关断时间结束后，进行步骤（４）的运算；（４）在开关导通期间，继续对（２）所说的叠加了交流信号的差值信号 进行积分运算，当积分值与（３）所计算的积分值相加之和为零时，开关导通时间结束，返回步骤（３）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李育珍，李西铭，李西成，
申请(专利权)人：李淑华，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]