高性能数控转换电路及其方法技术

本发明专利技术提出了一种新型数控转换电路及其方法。所述数控转换电路及其方法通过对系统状态的判断产生系统状态信号，根据该系统状态信号采用不同的控制模式以生成不同的数字占空比，从而调节转换电路的输出电压。利用该新型数控转换电路，系统瞬态响应性能以及输出电压精度均得到提高且不会产生极限环振荡。因而该新型数控转换电路解决了传统数控转换电路中为避免极限环振荡而牺牲系统性能的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种转换电路，更具体地，本专利技术涉及一种高性能数控转换电路。
技术介绍
当今，数控转换电路由于其具有的许多独特优点，如其采用的先进控制算法、较强 的通信能力及高抗干扰能力等，而广受欢迎。数控转换电路中包含有模数转换器(analog to digital converter，ADC)和数字脉宽调制器(digital pulse width modulator,DPWM) 等量化器件。如图1所示，传统地，如果DPWM的分辨率Ndpwm低于ADC的分辨率Nad。，S卩DPWM 的一个单位分辨率(Least Significant Bit，LSB)所产生的电压Δ Vdpwm大于ADC的一个 LSB所产生的电压Δ Vadc,则DPWM的一个LSB所导致的输出电压V。与额定输出电压Vkef的 差值将大于ADC能够检测到的最小变化值△ Vad。，这会使得系统无法锁住输出电压\，输出 电压\将在额定输出电压Vkef附近发生弹跳而一直改变，这种现象称之为“极限环振荡”。 它会导致输出电压Vtj大幅振荡，很难分析和补偿输出电压Vtj的噪声干扰和转换器带来的电 磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)。也就是说，在传统数控转换电路中，DPWM 的分辨率Ndpwm必须高于ADC的分辨率Nad。，否则将产生极限环振荡。传统的DPWM结构是基于计数器的。该种结构的DPWM的分辨率和系统的时钟频率 有关。以降压型转换器中基于计数器的DPWM为例，由DPWM的一个LSB所产生的输出电压 AV0 为AV0 = Vin- AD = Vin- fSff/fclock(1)其中，Vin为系统输入电压，Δ D为占空比分辨率，fsw为开关频率，fclock为系统时钟 频率。在实际应用中，开关频率fsw高频化趋势越来越明显，一般大于500KHZ，而系统时 钟频率f。1()。k大于200MHz时成本将大幅增加，因而系统中采用的系统时钟频率f。1()。k 一般小 于200MHz，所以由DPWM的一个LSB所产生的输出电压Δ V。较大，即DPWM的分辨率Ndpwm较 低。例如，开关频率fsw取为500KHz，系统时钟频率fel。。k取为200MHz，设系统输入电压Vin 为12V，则由DPWM的一个LSB所产生的输出电压AVq为30mV。对于常见的数控转换电路 来说，这样的输出电压较大，其对应的DPWM的分辨率Ndpwm较低。为提高DPWM的分辨率，现有技术中提出了许多方法，如采用延迟线结构、混合法、 恒定导通时间法、抖动法等等。但这些方法不仅复杂，还需更换硬件设备，不适于普遍应用。 另外，这些方法有时还会使得系统瞬态响应性能变差。因此，现有技术中很难得到具有较高 分辨率的DPWM，即使能够获得，其成本也非常昂贵。在现有技术中，为避免极限环振荡，ADC的分辨率要低于DPWM的分辨率，而DPWM的 分辨率较低，因而ADC的分辨率也相应更低。较低的ADC分辨率使得系统瞬态响应变差且 输出电压的精度变低。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于解决传统数控转换电路中为避免极限环振荡而降低系统 性能的问题。为解决上述问题，本专利技术提出了一种新型数控转换电路。所述新型数控转换电路 包括转换电路，所述转换电路提供输出电压；模数转换电路，所述模数转换电路接收所述输 出电压与一参考电压且所述模数转换电路根据所述输出电压与所述参考电压产生数字误 差信号；数字控制电路，所述数字控制电路对系统状态进行判断并根据系统状态产生占空 比信号；数字脉宽调制电路，所述数字脉宽调制电路接收所述占空比信号并根据所述占空 比信号产生模拟占空比信号以控制所述转换电路。为解决上述问题，本专利技术还提出了一种用数字控制电路控制转换电路的方法。所 述方法包括接收输出电压和参考电压并产生数字误差信号；判断系统状态并产生系统状态 信号；根据所述系统状态信号和所述数字误差信号采用系统控制模式；利用所述系统控制 模式调节输出电压。本专利技术采用上述结构的电路和/或上述步骤的方法，其采用的模数转换器 (analog to digital converter, ADC)的分辨率可以比数字脉宽调制器(digital pulse width modulator, DPWM)的分辨率更高，电路易于实现且系统瞬态响应性能以及输出电压 精度均得到提高，同时，输出电压不会产生极限环振荡。附图说明图1示出传统数控转换电路中极限环振荡产生的波形示意图。图2示出根据本专利技术一实施例的新型数控转换电路10。图3示出图2所示数控转换电路10中占空比生成器的一种结构20。图4示出数控转换电路中系统单位阶跃响应示意图。图5示出图2所示数控转换电路10工作时的输出电压波形示意图以及系统状态 判断示意图。图6示出根据本专利技术一个实施例的用数控方法控制转换电路的流程图。图7(a)示出采用传统数控转换电路及其方法的输出电压的实验波形示意图。图7(b)示出根据本专利技术一个实施例的数控转换电路的输出电压的实验波形示意 图。图8示出系统状态转换以及系统控制模式转换过程。图9(a)示出采用传统数控转换电路及其方法的输出电压的瞬态响应示意图。图9(b)示出根据本专利技术一个实施例的数控转换电路的输出电压的瞬态响应示意 图。图10(a)示出在传统数控转换电路中采用非线性控制器的输出电压波形示意图。图10(b)示出在根据本专利技术一个实施例的数控转换电路中采用非线性控制器的 输出电压波形示意图。具体实施例本专利技术提出了一种新型数控转换电路及其方法。和传统数控转换电路相比，本专利技术提出的新型数控转换电路采用的模数转换器(analog to digital converter，ADC)的分 辨率可以比数字脉宽调制器(digital pulse width modulator，DPWM)的分辨率高，电路易 于实现且系统瞬态响应性能以及输出电压精度均得到提高，同时，输出电压不会产生极限 环振荡。图2示出根据本专利技术一个实施例的数控转换电路10。如图2所示，数控转换电路 10包括转换电路101以及数字控制电路103。转换电路101的输出电压V。与额定输出电压 Veef的差值经ADC模块采样转换后得到数字误差信号eA/D (k)。系统状态判断器接收数字误 差信号eA/D(k)以及一量化参考信号Va。。并根据eA/D(k)和Va。。对系统状态进行判断，产生系 统状态信号s(k)。在本实施例中，当系统处于稳态时，s(k) =0;当系统处于动态时，s (k) =1。本
的技术人员应当理解，系统状态信号s (k)也可以取其它值来分别表示系 统处于稳态和动态。系统误差产生器接收数字误差信号eA/D(k)以及系统状态信号s(k)并 根据eA/D(k)和s(k)产生系统误差信号e(k)，该系统误差信号e(k)控制占空比生成器以得 到数字占空比信号d(k)。数字占空比信号d(k)经DPWM模块转换后得到模拟占空比信号以 控制转换电路101，从而对输出电压\进行调节。电路在工作时，系统状态判断器首先判断系统状态，然后再相应地改变系统控制 模式。当系统状态判断器判定系统处于稳态时，由系统误差产生器产生的系统误差信号 e(k)为0，即e(k) =O0此时，占空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控转换电路，其特征在于，所述数控转换电路包括：转换电路，所述转换电路提供输出电压；模数转换电路，所述模数转换电路接收所述输出电压与一参考电压且所述模数转换电路根据所述输出电压与所述参考电压产生数字误差信号；数字控制电路，所述数字控制电路对系统状态进行判断并根据系统状态产生占空比信号；数字脉宽调制电路，所述数字脉宽调制电路接收所述占空比信号并根据所述占空比信号产生模拟占空比信号以控制所述转换电路。

【技术特征摘要】
一种数控转换电路，其特征在于，所述数控转换电路包括转换电路，所述转换电路提供输出电压；模数转换电路，所述模数转换电路接收所述输出电压与一参考电压且所述模数转换电路根据所述输出电压与所述参考电压产生数字误差信号；数字控制电路，所述数字控制电路对系统状态进行判断并根据系统状态产生占空比信号；数字脉宽调制电路，所述数字脉宽调制电路接收所述占空比信号并根据所述占空比信号产生模拟占空比信号以控制所述转换电路。2.如权利要求1所述的数控转换电路，其特征在于，所述数字控制电路包括系统状态 判断电路，所述系统状态判断电路对所述数控转换电路的状态进行判断并产生系统状态信 号；系统误差产生电路，所述系统误差产生电路接收所述数字误差信号与所述系统状态信 号并根据所述数字误差信号与所述系统状态信号产生系统误差信号；占空比生成电路，所述占空比生成电路接收所述系统误差信号并根据所述系统误差信 号产生占空比信号。3.如权利要求2所述的数控转换电路，其特征在于，所述系统状态判断电路接收所述 数字误差信号与一量化参考信号并根据所述数字误差信号和所述量化参考信号产生稳态 信号或动态信号，其中，所述量化参考信号为自然数。4.如权利要求3所述的数控转换电路，其特征在于，若所述数字误差信号的绝对值在 一设定时间内小于等于第一设定值，则所述系统状态判断电路产生稳态信号，其中，所述第 一设定值为小于所述量化参考信号的非负整数。5.如权利要求3所述的数控转换电路，其特征在于，若所述数字误差信号在n时刻的值 和在n+1时刻的值的差值的绝对值大于第二设定值，则所述系统状态判断电路产生动态信 号，其中，n以及第二设定值均为自然数。6.如权利要求3所述的数控转换电路，其特征在于，若所述数字误差信号的绝对值大 于等于所述量化参考信号，则所述系统误差产生电路产生动态信号。7.如权利要求3所述的数控转换电路，其特征在于，所述系统状态信号为稳态信号时， 所述系统误差信号为0 ；所述系统状态信号为动态信号时，所述系统误差信号为所述数字 误差信号。8.如权利要求7所述的数控转换电路，其特征在于，所述系统误差信号为0时，所述占 空比生成电路产生一定值占空比信号；所述系统误差信号为所述数字误差信号时，所述占 空比生成电路产生一实时占空比信号。9.如权利要求8所述的数控转换电路，其特征在于，所述占空比生成电路包括m阶补偿 网络以用于产生所述实时占空比信号以及定值占空比生成电路以用于产生所述定值占空 比信号，其中，m为自然数。10.如权利要求9所述的数控转换电路，其特征在于，所述补偿网络为比例积分微分电路。11.如权利要求9所述的数控转换电路，其特征在于，所述定值占空比生成电路接收 k-m，A，k时刻的数字误差信号和k-1时刻的实时占空比信号，若所述数字误差信号在k-m，A，k时刻都为0，则所述定值占空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓明，郎芸萍，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]