一种快速瞬态响应的数字功率因数校正控制器制造技术

一种快速瞬态响应的数字功率因数校正控制器，包括Boost型开关变换器功率级主拓扑结构、A/D采样转换器、PID控制器、限流单元，数字脉冲宽度调制器和驱动单元，其特征是增设快速响应回路，其输入端连接关变换器的输出电压，输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端；快速响应回路包括选频网络、误差放大器和输出级，选频网络的输入端连接关变换器的输出电压，选频网络的输出端连接误差放大器，误差放大器的输出端连接输出级的输入端，输出级的输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率因数校正技术，尤其涉及一种快速瞬态响应的数字功率因数校正控制器，它能够提高开关变换器输出电压的瞬态响应速度，属于微电子

技术介绍
功率因数校正技术是减小用电设备对电网造成的谐波污染，提高用电效率的一项有力措施。用电设备的功率因数是衡量其性能的一项重要指标，而提高功率因数的最根本途径就是采用有源功率因数校正技术。近年来，由于对智能化电源的需求，数字功率因数校正控制器得到了迅速的发展和广泛的实际应用。在传统的数字功率因数校正控制器的设计中，为了避免输出电压的纹波对系统稳定性产生影响，通常将带宽设计的很低，而且数字变换器还存在时延效应和非线性效应，严重影响负载瞬态响应。传统数字功率因数校正变换器只包含一个稳压回路，这个回路限于系统稳定性要求、算法执行时间、A/D采样时间、信号传输延迟等原因，瞬态响应速度很慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高数字功率因数校正变换器的负载瞬态响应速度，减小输出电压过冲和欠冲。本专利技术在传统的稳压慢环路的基础上，增加了快速瞬态响应回路，可以大大加快负载响应速度并且不影响系统的稳定性。其技术方案如下一种快速瞬态响应的数字功率因数校正控制器，包括整流桥Br、Boost型开关变换器功率级主拓扑结构、A/D采样转换器、PID控制器、含有与非门、比较器和电流检测电阻的限流比较单元、数字脉冲宽度调制器(DPWM)和驱动单元，A/D转换器采样开关变换器的输出电压并将其转化为数字量送入PID控制器，PID控制器根据开关变换器的输出电压值与基准电压值的差异执行PID控制算法，计算得出二进制占空比d，数字脉冲宽度调制器将二进制占空比转换为实际模拟量占空比，与限流比较单元一起控制驱动单元，驱动单元输出控制主拓扑结构中场效应管的打开和关闭的时间，控制主拓扑结构中电感电流流向，保证开关变换器输出电压稳定在一个固定值上；其特征在于增设快速瞬态响应回路，其输入端检测开关变换器的输出电压，输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端；快速瞬态响应回路包括选频网络、误差放大器和输出级，选频网络的输入端检测开关变换器的输出电压，选频网络的输出端连接误差放大器，误差放大器的输出端连接输出级的输入端，输出级的输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端。快速瞬态响应回路的具体结构及电路连接关系如下选频网络包括一个电容Ct与一个电阻Rt的串联，电容Ct的另一端连接关变换器的输出电压vf，电阻Rt的另一端连接偏置电压Vbi ；误差放大器采用折叠共源共栅结构，包括PMOS管Ml M7、NM0S管M8 MlO共11个MOS管，PMOS管M2的栅极连接选频电路中电容C与电阻R的串接端，PMOS管M2和M3源极与PMOS管Ml的漏极连接，PMOS管Ml的栅极连接偏置电压VB4，PM0S管M3的栅极连接偏置电压Vbi，PMOS管M2的漏极与NMOS管M8的源极及NMOS管MlO的漏极连接，PMOS管M3的漏极与NMOS管M9的源极及NMOS管Mll的漏极连接，NMOS管MlO和Mll的源极接地，NMOS管MlO与Ml I的栅极互连并连接偏置电压VB3，NMOS管M8与M9的栅极互连并连接偏置电压VB2，NMOS管M8的漏极与PMOS管M6的漏极和栅极连接，NMOS管M9的漏极与PMOS管M7的漏极连接，PMOS管M6的栅极与M7的栅极互连，PMOS管M6的源极与PMOS管M4的漏极和栅极连接，PMOS管M7的源极与PMOS管M5的漏极，PMOS管M4的栅极与M5的栅极互连，PMOS管M4和M5的源极以及PMOS管Ml的源极均连接电源VDD ；输出级包括PMOS管M12及M13、NMOS管M14及M15，PMOS管M12的源极连接电源VDDjPMOS管M12的栅极和漏极连接PMOS管M13的源极，PMOS管M13的栅极与NMOS管M14的栅极互连并连接误差放大器中NMOS管M9的漏极和PMOS管M7的漏极，PMOS管M13的漏极与NMOS管M14的漏极互连，作为输出端与数字脉冲宽度调制器的输出端连接，NMOS管M14的源极与NMOS管M15的漏极和栅极连接，NMOS管M15的源极接地。本专利技术的优点及显著效果( I)采用快速瞬态响应回路，大大提高了系统瞬态响应能力，减小输出电压波动。(2)快速瞬态响应回路具有高阻态输出能力，保证系统稳定性不受影响。附图说明图1为本专利技术的整体原理框图；图2为本专利技术快速瞬态响应回路原理框图；图3为本专利技术的一种具体实现电路图；图4为本专利技术中快速瞬态响应回路和稳态回路带宽示意图。具体实施例方式如图1，本专利技术具有快速瞬态响应性能的数字功率因数校正控制器包括Boost型开关变换器功率级主拓扑结构、A/D采样转换器、PID (比例-积分-微分)控制器、含有与非门、比较器和电流检测电阻的限流比较单元，数字脉冲宽度调制器(DPWM)和驱动单元。其中主拓扑结构包括场效应管Q2、电感L、二极管D、电容C、电阻ESR、电阻R，AC交流电源输出连接整流器的输入端，整流器的输出端的一个输出端连接电感L的一端，整流器的输出端的另一个输出端连接检测电阻Rs、电阻ESR及电阻R的一端，电阻Rs的另一端连接场效应管92的源极和比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端连接基准电压Vkef，场效应管Q2的漏极连接电感L的另一端和二极管D的正极，电阻ESR的另一端串联电容C后连接二极管D的负极，电阻R的另一端亦连接二极管D的负极。由电阻R1和R2串联组成的分压器跨接在电阻R的两端(即主拓扑结构的输出电压端Vtl),电阻R1和R2的串接点为分压输出，也是开关变换器的输出电压Vf。A/D采样转换器采样开关变换器的输出电压并将其转化为数字量送入PID控制器及快速瞬态响应回路的输入端，PID控制器输出至数字脉冲宽度调制器，数字脉冲宽度调制器的输出与快速瞬态响应回路的输出一起连接与非门(NAND)的一个输入端，与非门的另一个输入端连接比较器(Comp)的输出端，与非门的输出通过驱动单元连接场效应管Q2的栅极控制场效应管Q2的打开和关闭的时间。A/D采样转换器将模拟信号转化为数字信号，是模拟电路和数字电路的接口。PID控制器是数字功率因数校正控制器的核心单元，通过复杂的计算决定输出占空比。数字PWM的主要作用是将由二进制标准的占空比信号转变为模拟量表示的占空比信号。限流比较单元在流过场效应管的电流超过预设值时将占空比置零。驱动单元能够更好的驱动场效应管。常见功率因数校正变换器主拓扑中，由场效应管Q2和二极管D控制电感电流k的流向，从而达到控制输出电压的目的。当场效应管Q2打开时，电流流经电感L、场效应管Q2到地，电感电流逐渐增加，将能量储存在电感L中；当场效应管Q2关闭时，电流流经电感L、二极管D到输出电容C和负载R，电感电流逐渐下降，电感L中的能量释放到负载R中。通过控制场效应管Q2打开和关闭的时间，就可以控制输出电压Vf。如图2所示，快速瞬态响应回路包括三部分选频网络、误差放大器、驱动级。选频网络滤除了低频噪声的影响，误差放大器放大由选频网络送进来的高频信号，并将放大后的信号送到驱动级。驱动级根据误差放大器送来的信号决定输出状态。快速响应回路输出具有三种输出状态，分别为高电平，低电平和髙阻态。高电平和低电平分别代表输出电压有了欠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速瞬态响应的数字功率因数校正控制器，包括整流桥Br、Boost型开关变换器功率级主拓扑结构、A/D采样转换器、PID控制器、含有与非门、比较器和电流检测电阻的限流比较单元、数字脉冲宽度调制器和驱动单元，A/D转换器采样开关变换器的输出电压并将其转化为数字量送入PID控制器，PID控制器根据开关变换器的输出电压值与基准电压值的差异执行PID控制算法，计算得出二进制占空比d，数字脉冲宽度调制器将二进制占空比转换为实际模拟量占空比，与限流比较单元一起控制驱动单元，驱动单元输出控制主拓扑结构中场效应管的打开和关闭的时间，控制主拓扑结构中电感电流流向，保证开关变换器输出电压稳定在一个固定值上；其特征在于：增设快速瞬态响应回路，其输入端检测开关变换器的输出电压，输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端；快速瞬态响应回路包括选频网络、误差放大器和输出级，选频网络的输入端检测开关变换器的输出电压，选频网络的输出端连接误差放大器，误差放大器的输出端连接输出级的输入端，输出级的输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端，快速瞬态响应回路的具体结构及电路连接关系如下：选频网络包括一个电容Ct与一个电阻Rt的串联，电容Ct的另一端连接关变换器的输出电压Vf，电阻Rt的另一端连接偏置电压VB1；误差放大器采用折叠共源共栅结构，包括PMOS管M1～M7、NMOS管M8～M10共11个MOS管，PMOS管M2的栅极连接选频电路中电容C与电阻R的串接端，PMOS管M2和M3源极与PMOS管M1的漏极连接，PMOS管M1的栅极连接偏置电压VB4，PMOS管M3的栅极连接偏置电压VB1，PMOS管M2的漏极与NMOS管M8的源极及NMOS管M10的漏极连接，PMOS管M3的漏极与NMOS管M9的源极及NMOS管M11的漏极连接，NMOS管M10和M11的源极接地，NMOS管M10与M11的栅极互连并连接偏置电压VB3，NMOS管M8与M9的栅极互连并连接偏置电压VB2，NMOS管M8的漏极与PMOS管M6的漏极和栅极连接，NMOS管M9的漏极与PMOS管M7的漏极连接，PMOS管M6的栅极与M7的栅极互连，PMOS管M6的源极与PMOS管M4的漏极和栅极连接，PMOS管M7的源极与PMOS管M5的漏极，PMOS管M4的栅极与M5的栅极互连，PMOS管M4和M5的源极以及PMOS管M1的源极均连接电源VDD；输出级包括PMOS管M12及M13、NMOS管M14及M15，PMOS管M12的源极连接电源VDD，PMOS管M12的栅极和漏极连接PMOS管M13的源极，PMOS管M13的栅极与NMOS管M14的栅极互连并连接误差放大器中NMOS管M9的漏极和PMOS管M7的漏极，PMOS管M13的漏极与NMOS管M14的漏极互连，作为输出端与数字脉冲宽度调制器的输出端连接，NMOS管M14的源极与NMOS管M15的漏极和栅极连接，NMOS管M15的源极接地。...

【技术特征摘要】
1.一种快速瞬态响应的数字功率因数校正控制器，包括整流桥Br、Boost型开关变换器功率级主拓扑结构、A/D采样转换器、PID控制器、含有与非门、比较器和电流检测电阻的限流比较单元、数字脉冲宽度调制器和驱动单元，A/D转换器采样开关变换器的输出电压并将其转化为数字量送入PID控制器，PID控制器根据开关变换器的输出电压值与基准电压值的差异执行PID控制算法，计算得出二进制占空比d，数字脉冲宽度调制器将二进制占空比转换为实际模拟量占空比，与限流比较单元一起控制驱动单元，驱动单元输出控制主拓扑结构中场效应管的打开和关闭的时间，控制主拓扑结构中电感电流流向，保证开关变换器输出电压稳定在一个固定值上；其特征在于:增设快速瞬态响应回路，其输入端检测开关变换器的输出电压，输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端；快速瞬态响应回路包括选频网络、误差放大器和输出级，选频网络的输入端检测开关变换器的输出电压，选频网络的输出端连接误差放大器，误差放大器的输出端连接输出级的输入端，输出级的输出端连接数字脉冲宽度调制器的输出端，快速瞬态响应回路的具体结构及电路连接关系如下: 选频网络包括一个电容Ct与一个电阻Rt的串联，电容Ct的另一端连接关变换器的输出电压Vf，电阻Rt的另一端连接偏置电压Vbi ； 误差放大器采用折叠共源共栅结构，包括PMOS管Ml M7、NMOS管M8 MlO共11个MOS管，PMOS管M2的栅极连接选频电路中电容C与电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐申，杨淼，陆炎，孙锋锋，宋慧滨，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：