一种提高开关电源动态响应的控制方法_3

文档序号:9352467阅读:来源:国知局
以及以后,输出控制信号PI_ctrl开启PID模块进行运算,PID模块 根据误差模块的输出误差进行PID运算,运算结果VPI反馈回模式控制模块进行正常工作模 式中的模式选择与控制,在正常工作模式中,PWM模块接收PID输出的补偿结果VPI与模式 控制模块给出的正常工作模式选择的控制模式(m〇de_Ctrl)通过计算得到开关周期与占 空比(或电流)信息,PWM模块此时根据该两者信号产生占空比波形;
[0041]PID模块输入为误差计算模块输出的误差信号,模式控制模块输出的控制信号 PI_ctrl与赋值VPI。。动态模式时,PI_ctrl控制PID模块关闭,动态模式切换到正常工作模 式的第一个开关周期时,首先进行PID运算赋初值VPI。,然后进PID运算,补偿计算结果VPi 输入模式控制模块与PWM模块,之后正常工作模式的每个周期进PID运算,补偿结果VPI输 入模式控制模块与PWM模块。
[0042] PWM模块根据模式控制模块输出的控制信号PI_ctrl选择接受动态模式的开关周 期1^或Ts与占空比D^或DH"或电流)信息或通过PID模块补偿结果VPI与模式控 制模块给出的正常工作模式的模式信号m〇de_Ctrl计算得到正常控制时开关周期与占空 比的信息,得到周期与占空比(或峰值电流)信息后,通过驱动电路输出占空比波形,实现 环路控制,通过动态控制模块,实现负载变化较大时,提高开关电源的动态响应;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,从而获得更高得动态响应。
[0043] 采样模块包括采样电路,采样计算模块,采样电路通过输出分压得到输出电压的 信息,采样计算模块根据采样电路的结果给出采样电路控制信号与输出电压Vo。这里的采 样可以是直接采样或间接采样,采样结果可以是模拟量或数字量。
[0044] 动态控制模块包括电压监测模块与斜率计算模块。
[0045] 电压监测模块根据采样结果Vo判断是否采用动态模式,在电压监测模块中包含 三个比较器以及一个逻辑单元判断是否采用动态模式,三个比较器分别判断采样电压Vo 与下限电压Vomin,米样电压Vo与上限电压Vomax,米样电压Vo与参考电压Vref的大小 关系,逻辑单元单元根据比较器结果输出模式选择结果,其输出结果mode_F为HTL模式 (mode_LTH),LTH模式(mode_HTL),正常工作模式(mode_normal)三者之一,当Vo大于 Vomax时,输出mode_F为mode_HTL,即启动HTL模式,当Vo小于Vomin时,输出mode_F为 mode_LTH,即启动LTH模式,当Vo介于Vomin与Vref之间,如果逻辑单元上周期为LTH模 式,则本周期输出为LTH模式,如果上周期为HTL模式,则本周期输出为正常工作模式,如果 上周期为正常工作模式,则本周期输出为正常工作模式,当Vo介于Vref与Vomax之间,如 果上周期为LTH模式,则本周期输出为正常工作模式,如果上周期为HTL模式,则本周期输 出为HTL模式,如果上周期为正常工作模式,则本周期输出为正常工作模式。模式选择结果 输入到动态模块中的斜率计算模块与模式控制模块。
[0046] 斜率计算模块的输入是采样结果Vo与电压监测模块的输出模式mode_F,若输出 为LTH模式时,计算Vo的上升斜率Kup,一般以N1个LTH模式开关周期电压变化等效代替 即Kup=Vo(n)-Vo(n-Nl),Vo(n)为当前周期采样结果,Vo(n-Nl)为N1个周期前的采样结 果,Kup为输出Kslope的大小,当电压监测模块的输出模式为HTL模式时,计算Vo的下降斜 率Kdown,可以用N2个HTL模式开关周期电压变化等效代替即Kdown=Vo(n-N2)-Vo(n), Kdown为输出Kslope的大小,当电压监测模块的输出模式为正常工作模式时,该模块不工 作,输出结果Kslope通过锁存保持不变。该模块的输出结果Kslope输入到模式控制模块。
[0047] 误差计算模块输入是采样电路的输出Vo,根据计算参考电压Vref减去输出电压 Vo的差,即为当前采样误差,记为el,输入到PID模块。
[0048] 模式控制模块的输入分别为电压监测模块的输出模式mode_F以及斜率计算模块 的输出Kslope。当电压监测模块的输出模式(mode_F)为LTH模式(mode_LTH)时,该模块 输出控制信号PI_ctrl,输入到PID模块与PWM模块,此时PI_ctrl关断PID模块并控制PWM 信号接收该模块输出的LTH模式开关周期大小Tsm与占空比Dm (或电流)大小,记此时 PI_ctrl为PI_off;当电压监测模块的输出模式(mode_F)为HTL模式(mode_HTL)时,该模 块输出控制信号PI_ctrl,输入到PID模块与PWM模块,此时PI_ctrl关闭PID模块并控制 PWM信号接收该模块输出的HTL模式开关周期大小Ts ^与占空比DH"或电流)大小,记 此时PI_ctrl为为PI_off;当电压监测模块的输出模式(mode_F)为正常工作模式(mode_ normal),若上一个开关周期为LTH模式或HTL模式,该模块输出控制信号PI_ctrl,输入到 PID模块与PWM模块,此时PI_ctrl记为PI_set,启动PID模块,先给PID模块运算结果赋 值,赋值大小VPI。由模式控制模块通过mode_F与Kslope计算得到负载后再根据正常工作 模式计算得到,之后进行PID运算,控制PWM模块接收PI运算结果,并接收VPI根据PI计算 结果进行正常工作模式的模式选择结果(mode_ctrl)输入PID模块与PWM模块,若上一个 开关周期电压监测模块的输出模式(mode_F)为正常工作模式(mode_normal),该模块输出 控制信号PI_ctrl,输入到PID模块与PWM模块,此时PI_ctrl记为PI_on,启动PID模块进 行PID运算,控制PWM模块接收PID模块补偿结果VPI,并接收VPI根据VPI进行正常工作模 式的控制,将正常工作模式的模式选择结果(mode_ctrl)输入到PID参数选择模块与PWM 模块,
[0049]PID模块包括PID运算功能与PID参数选择功能,PID模块在模式控制模块输出的 控制信号(PI_ctrl)与正常工作模式的模式选择结果(mode_ctrl)的控制下工作,PI_ctrl 为PI_off时,PID模块关闭;PI_ctrl为PI_set时,VPI被模式控制模块输出的VPI。赋值后, 根据正常工作模式的模式选择结果(m〇de_Ctrl)选择PID运算参数,包括比例参数Kp,积分 参数I,微分参数Kd进行PID运算,当PI_set为PI_on时,根据正常工作模式的模式选择结 果(mode_ctrl)选择PID参数,包括比例参数Kp,积分参数K;,微分参数Kd,进行PID运算, 补偿结果VPI输入模式控制模块与PWM模块。
[0050]PWM模块的输入为模式控制模块输出的控制信号PI_ctrl,LTH与HTL模式的开关 周期Ts』thSTs肌与占空比Dm或D肌,以及正常工作模式的模式选择结果(m〇de_Ctrl)信 号,PID模块的补偿结果VPI。当PI_ctrl为PI_off时,接收模式控制模块输出的LTH与HTL 模式的开关周期与占空比(或峰值电流),当PI_ctrl为PI_set或PI_on时,接收模式控 制模块输出的正常工作模式的模式选择结果(mode_ctrl)与PID模块的补偿结果VPI,根据 mode_ctrl的结果选择合理方法通过VPI计算得到正常模式的开关周期与占空比(或峰值 电流);得到周期与占空比(或峰值电流)信息后,得到占空比波形,PWM单元的输出连接驱 动电路,驱动电路尽可能选择延迟时间小的电路,驱动电路的输出连接开关电源功率管的 栅极。
[0051] 参看图2,在轻载切重载时,从该示意图可以看到当输出电压低于Vomin时,采用 LTH模式。若采用PID调节则如粗虚线所示,在输出电压下降到Vomin后电压任然会有所下 降,动态恢复时间也很长。采用LTH模式,当输出电压低于Vomin时,立刻采用LTH模式,由 于该模式的能量一般大于满载能量,输出电压立刻开始上升,不会再有所下降,在输出电压 上升稳定值前,这是最快的动态方法,当输出电压与稳定电压相同时,可以通过斜率大小得 到输出负载大小,使得跳出LTH模式后
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