本發(fā)明專利技術公開了一種數(shù)字電源控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于在PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓的調(diào)節(jié)，并按以下方法進行控制：當控制器采集到的輸入電壓的變化量和實際的輸出電壓值與設定的輸出電壓值之間的誤差都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓值和輸出電壓值計算出所需要的PWM占空比作為控制量輸出；而在其它情況下，系統(tǒng)則采用PID調(diào)節(jié)控制。本發(fā)明專利技術能夠保證輸出電壓Vout不會因為輸入電壓Vin突變而出現(xiàn)過大的過沖或者負沖。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及數(shù)字控制電源(Digital Control Power)的控制系統(tǒng),尤其涉及數(shù)字控制電源的閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要是針對輸入電壓劇烈變化時，數(shù)字電源控制系統(tǒng)對輸入電壓的處理。
技術介紹
隨著單片機和DSP技術的發(fā)展，數(shù)字電源應用的越來越廣泛。數(shù)字電源能夠提供智能化的適應性和靈活性，具備直接監(jiān)控、處理并適應系統(tǒng)條件的能力，能滿足復雜的電源要求。此外，電源系統(tǒng)利用單片機和DSP技術可以很容易地實現(xiàn)通信，監(jiān)控，上電時序控制，各種保護處理，負載分配等功能。在數(shù)字電源系統(tǒng)中，閉環(huán)控制一般采用數(shù)字PID控制，即將實際輸出電壓Vout與 期望輸出電壓Voset之間的誤差進行比例、積分和微分計算，然后再將這三項合起來，通過對PWM占空比的控制來調(diào)節(jié)輸出電壓。常用數(shù)字PID控制的原理如圖I所示。這種控制控制主要是利用輸出電壓與期望輸出電壓之間的誤差作為控制的輸入量，來調(diào)節(jié)輸出電壓，需要電源系統(tǒng)具有足夠的相位裕度，幅值裕度以及環(huán)路帶寬來保證系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。但是在Boost和Fly back等一些電路中，其傳遞函數(shù)具有右半平面零點(Right Half Plane Zero)，使得控制系統(tǒng)環(huán)路帶寬受限，系統(tǒng)對誤差信號的響應比較慢，導致電路的動態(tài)性能比較差。特別是系統(tǒng)在輸入電壓Vin的快速變化情況下，并且沒有前饋控制，常用的數(shù)字PID控制很難快速響應而改變PWM占空比，致使輸出電壓出現(xiàn)較大的超調(diào)量(Overshoot)，嚴重的會觸發(fā)輸出過壓保護，導致模塊關斷，甚至，更嚴重的還會損壞后面的貴重電子元件。而目前，無論是客戶，還是行業(yè)的標準都對電源模塊的性能提出了更高的要求，需要電源系統(tǒng)能夠在非常惡劣的環(huán)境下都正常工作，例如雷擊導致的輸入電壓突變，或者Surge測試中的浪涌電壓引起模塊輸入電壓的快速變化。這樣就迫使電源控制系統(tǒng)采用新的處理方式來提高系統(tǒng)的響應速度和可靠性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決現(xiàn)有控制技術存在的上述問題，旨在提供一種新的輸入電壓處理方法，將其運用于數(shù)字控制電源系統(tǒng)中，以提高系統(tǒng)的響應速度。解決上述問題采用的技術方案是，其特征在于在PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓的調(diào)節(jié)，并按以下方法進行控制當控制器采集到的輸入電壓的變化量和實際的輸出電壓值與設定的輸出電壓值之間的誤差都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓值和輸出電壓值計算出所需要的PWM占空比作為控制量輸出；而在其它情況下，系統(tǒng)則采用PID調(diào)節(jié)控制。系統(tǒng)在正常工作情況下，電路的PWM占空比的大小是由輸出電壓與期望電壓之間的誤差經(jīng)過閉環(huán)PID調(diào)節(jié)計算得到。但當輸入電壓Vin發(fā)生突變時，由于PID調(diào)節(jié)控制的響應速度不夠快，必然會造成電源系統(tǒng)的輸出電壓Vout過調(diào)，從而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。當輸入電壓和輸出電壓的突變量都超過門限值時，本專利技術利用數(shù)字電源控制的靈活性，將閉環(huán)控制由PID控制切換成非線性控制，保證輸出電壓Vout不會因為輸入電壓Vin突變而出現(xiàn)過大的過沖(overshoot)或者負沖(undershoot)。當輸入電壓Vin恢復正常或者是輸出電壓Vout控制在門限值以內(nèi)，系統(tǒng)又會將閉環(huán)控制切換到數(shù)字PID控制。通常，如果利用輸入電壓Vin計算出PWM占空比D需要運用到除法計算，但大多數(shù)先進的微控制器只包含硬件乘法器，卻沒有專用的除法器。例如目前廣泛應用的DSP芯片內(nèi)核中，通常都有可單周期完成的片內(nèi)硬件乘法器，以實現(xiàn)某些復雜算法如濾波以及實時處理等。本專利技術為了提高計算速度，采用曲線擬合的技術，將PWM占空比與輸入電壓值和輸出電壓值的關系式轉(zhuǎn)化為只有乘法和加減法的等式，充分利用DSP的乘法器去實現(xiàn)除法運笪ο 作為本專利技術的更進一步的改進，對輸入電壓采用以下預估計算的方式進行修正，以達到快速改變PWM占空比來增加系統(tǒng)響應速度的目的將所采到的輸入電壓的值加上此次輸入電壓的值與上一次輸入電壓的值的差作為計算的輸入量。作為本專利技術的再進一步的改進，在數(shù)字PID控制中引入抗飽和技術，以保證系統(tǒng)切換時工作的穩(wěn)定性和平滑性。附圖說明下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖I是本是數(shù)字PID控制的原理圖。圖2是本專利技術帶預估計補償?shù)姆蔷€性控制原理圖。圖3是本專利技術的曲線擬合圖。圖4是兩種控制方式的波形圖，其中(a)為現(xiàn)有技術中僅采用PID控制時的波形圖，(b)為本專利技術非線性控制的波形圖。具體實施例方式參照圖2，本專利技術的數(shù)字電源控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于在PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓Vin的調(diào)節(jié)，并按以下方法進行控制當控制器采集到的輸入電壓的變化量AUin和實際的輸出電壓值Uout與設定的輸出電壓值Uoset之間的誤差IUout-Uoset都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓值Uin和輸出電壓值Uout計算出所需要的PWM占空比D作為控制量輸出；而在其它情況下，系統(tǒng)則采用PID調(diào)節(jié)控制。本專利技術的主要特點如下①非線性控制技術常用的PID調(diào)節(jié)控制器是一種線性控制器，它是利用系統(tǒng)實際輸出量y (t)與給定量r(t)之間誤差的時間函數(shù)e(t) =r(t)-y(t)作比例，積分和微分運算組合的線性調(diào)節(jié)，形成控制量u (t)輸出，如式I所示。, I tde、u(t) = kp 6 + + 式 IV iJ而本專利技術的控制系統(tǒng)是在常用的PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓Vin的調(diào)節(jié)，即當輸入電壓的變化和輸出電壓都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓的值計算出所需要的PWM占空比。例如在Flay back電路中，PWM占空比與輸入電壓的關系式如式2所示。權利要求1.，其特征在于在PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓(Vin)的調(diào)節(jié)，并按以下方法進行控制當控制器采集到的輸入電壓的變化量(AUin)和實際的輸出電壓值(Uout)與設定的輸出電壓值(Uoset)之間的誤差(I Uout-Uoset I)都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓值(Uin)和輸出電壓值(Uout)計算出所需要的PWM占空比(D)作為控制量輸出；而在其它情況下，系統(tǒng)則采用PID調(diào)節(jié)控制。2.如權利要求I所述的數(shù)字電源控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于采用曲線擬合技術將所述的PWM占空比(D)與輸入電壓值(Uin)和輸出電壓值(Uout)的關系式轉(zhuǎn)化為只有乘法和加減法的等式。3.如權利要求I或2所述的數(shù)字電源控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于對輸入電壓(Vin)采用以下預估計算的方式進行修正將所采到的輸入電壓的值加上此次輸入電壓(Vin)的值與上一次輸入電壓(Vin)的值的差作為計算的輸入量。全文摘要本專利技術公開了，其特征在于在PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓的調(diào)節(jié)，并按以下方法進行控制當控制器采集到的輸入電壓的變化量和實際的輸出電壓值與設定的輸出電壓值之間的誤差都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓值和輸出電壓值計算出所需要的PWM占空比作為控制量輸出；而在其它情況下，系統(tǒng)則采用PID調(diào)節(jié)控制。本專利技術能夠保證輸出電壓Vout不會因為輸入電壓Vin突變而出現(xiàn)過大的過沖或者負沖。文檔編號H02M3/00GK102946189SQ20111023178公本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種數(shù)字電源控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于在PID調(diào)節(jié)控制基礎上，增加了對輸入電壓(Vin)的調(diào)節(jié)，并按以下方法進行控制：當控制器采集到的輸入電壓的變化量(ΔUin)和實際的輸出電壓值(Uout)與設定的輸出電壓值(Uoset)之間的誤差(|Uout?Uoset|)都超過其門限值時，系統(tǒng)將不再用PID調(diào)節(jié)控制，而是直接利用輸入電壓值(Uin)和輸出電壓值(Uout)計算出所需要的PWM占空比(D)作為控制量輸出；而在其它情況下，系統(tǒng)則采用PID調(diào)節(jié)控制。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫運凱，葉欣，蔣先鋒，周遠平，
申請(專利權)人：伊博電源杭州有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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