开关式电源的高瞬态响应数字控制系统与方法

摘要

一种开关式电源的高瞬态响应数字控制系统与方法，控制系统设有采样模块、AD转换模块、数据处理模块、模糊PID模块及DPWM模块，与受控的开关电源连接起来，构成一个闭环系统，采样模块对开关电源的输出进行采样，采样输出经过A/D转换为数字信号，连续的数字信号进入数据处理模块被数字滤波处理并与设定的电压值进入比较，产生的偏差和偏差变化率供给模糊PID模块，在模糊PID模块中执行控制算法，递交给DPWM输出模块合适的占空比，生成开关控制管的PWM信号并输出，从而更好的控制数字电源的开关管用于稳压。同时对输出电压的数字信号进行欠压检测，如果出现电压出现异常，则立即送出关断PWM信号，终止系统。

主权项

一种开关式电源的高瞬态响应数字控制系统与方法，其特征在于：该控制系统包括：采样模块、AD转换模块、数据处理模块、模糊PID模块及DPWM模块，上述控制系统与受控的开关电源连接起来，构成一个闭环系统，采样模块对开关电源的输出电压进行采样，采样输出经过AD转换模块转换为数字信号后进入数据处理模块，通过数据处理模块中设置的比较器将采样电压信号与给定电压信号比较，得到当前采样周期的电压偏差εu并予以记录，同时将当前偏差记录与上一次偏差记录计算得到偏差变化率Δεu，将εu和Δεu输入执行控制算法的模糊PID模块，依据εu的绝对值大小和Δεu通过选择器选择相应的控制策略，得到相应的占空比信号输出至DPWM模块并经驱动电路后输出控制信号至开关电源，控制开关电源功率管的开通与关断；然后再次对开关电源的输出电压进行采样，并重复上述过程进行循环控制开关电源功率管的开通和关断，以使系统更加稳定，从而获得更高得瞬态响应；执行控制算法的模糊PID模块包括一个选择器、增量式PID控制器、模糊控制器以及一个数据选择器，其中：模糊控制器包含Fuzzy 1、Fuzzy 2两个模糊控制结构和一个累加器；模糊PID模块中的控制算法包括两个步骤：1)预处理：根据电压偏差εu通过选择器来选择控制策略，并通过使能信号控制增量式PID控制器、模糊控制器的工作状态，首先设定阈值A、B、C分别代表偏差绝对值小、中、大三种区间，如果偏差绝对值在阈值C区间，调节占空比最大或最小以使输出电压尽快接近给定电压值；如果偏差绝对值在阈值B区间，根据模糊理论，结合考虑偏差变化率Δεu对占空比进行粗调；如果偏差绝对值在阈值A区间，则必须用带死区的PID策略进行微调；2)模糊PID控制部分：其包括在模糊控制器中执行的模糊控制策略和在增量式PID控制器中执行的增量式PID控制策略，根据使能信号确定使用哪种控制器，其中模糊控制器的输入为电压偏差εu和偏差变化率Δεu，输出为开关电源功率管占空比初值D和变化值Δd，Δd通过累加器得到d^，一旦控制规则改变，累加器清零，再同D相加得到d，d即是DPWM模块需要的占空比控制信号；增量式PID控制器是根据前几个周期的偏差计算出功率管占空比的变化量并通过自身内部的累加器得到功率管占空比的控制信号，最后根据数据选择器通过使能信号来选择哪个控制器的控制信号做为最后DPWM模块的占空比输出信号从而更好的控制数字电源的开关管用于稳压。