PI控制算法分为比例控制P和积分控制I两部分。
[0040] PI控制的输出表达式可W如下表示：
[0042] 式子中等号右边的前两项分别为比例、积分部分，分别与误差ev(t)、误差的积分 成正比例，控制器的输入量(误差信号)为
[0043] ev(t) =sp(t)-pv(t)
[0044] 式子中的sp(t)为设定值，pv(t)为过程变量（反馈值）；mv(t)是控制器的输出信 号，Kp为比例系数，T功积分时间，M为积分部分的初始值。
[0045] 比例控制P中，控制器的输出信号mv(t)能够成比例地反应其输入信号ev(t)。用数 学式表达，即:mv(t) =Kpev(t)。式中，Kp为比例系数。
[0046] 比例控制的原理为:根据当前输入的误差值，按给定的比例值Kp调节输出值大小。 当发现输入值小于给定值时，误差为正，此时加大调节电压的力度，W增大电压值；当发现 输入值大于给定值时，误差为负，此时减小调节电压的力度，减小电压。比例调节过程中调 节力度和误差值成正比。
[0047] 当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Stea如-state error)，调节结果会发 生震荡。
[004引积分控制I中，控制器的输出mv(t)与输入误差信号的积分f w(0dV成正比关系。 用数学式表达，即
：，式中，Tl为积分时间。
[0049] 积分控制的原理为:控制器输出中的积分项与当前的误差值和过去历次误差值的 累加值成正比，当比例控制产生稳态误差时积分项
会越来越大，误差积 分
在输出中所占的比重将越来越大，最终达到消除稳态误差的目的。
[0050] 比例控制P值主要可W用来调整系统的响应速度，但太大会增大超调量和稳定时 间；而积分控制I值主要用来减小静态误差。
[0051] 比例+积分(PI)控制器，可W使系统在进入稳态后无稳态误差。PI控制器既克服了 单纯的比例调节有稳态误差的缺点，又避免了单纯的积分调节响应慢、动态性能不好的缺 点。
[0052] 单片机PSM对莫块为电路提供PWM控制信号，同时也提供斜坡补偿信号。
[0053] 斜坡补偿电路如图3所示。PSMClB为斜坡补偿信号输出端口，其电压由口电路和一 个二极管驱动，PSMClB脚通过口电路内部接地。在每个开关周期中的前15/16时间，口电路G 关闭，在后1/16周期开启。此时PSMClB产生脉冲信号对RT和CT组成的RC网络进行充放电，由 电容充放电产生斜坡信号Vm。
[0化4] Vm的表达式可W如下表示：
[0056] 信号Vm之后由电阻Rslope和由电阻Ri和Rf传入的电感电流信号相加，传入比较器 Cl当中，与上述比例积分控制信号比较，得到开关控制激发信号。
[0057] 斜坡补偿斜率m。表达式如下表示：
[0059] 根据斜坡补偿原理，斜坡补偿信号斜率me和开关电流下降斜率需满足l/2m2< me < m2。则可W根据上式选取合适的Rslwe和Rf值W实现稳定的斜坡补偿信号。
[0060] P歷信号由PSMClA输出到开关管驱动电路和中断端口RB0/INT，中断端口RB0/INT 通过识别PWM信号确定开中断时刻，开启A/D采样。
[0061 ] 开关管驱动电路由德州仪器公司的UC3705N和外围电路构成，如图4所示。
[0062] PWM控制信号由UC3705N的8脚输入，6脚logic GND和5脚PWM GND接地。1端口和2端 口接15V直流供电，并联接入，4端口输出驱动开关管的PWM信号。
[0063] 单片机的工作频率由单片机17和18脚的晶振设定。
[0064] 单片机的程序包括主程序和中断程序两部分。主程序包括读取采样的电压值和更 新控制结果的功能。中断程序的任务则是在需要的时刻开启A/D采样，用来防止开关噪声的 影响W及保持稳定的采样频率。
[0065] 单片机主控制程序结构如图5所示。
[0066] 上电后程序启动，进入初始化阶段，执行如下操作：1.设定I/O端口状态;2.设定寄 存器初始值;3.开启A/D转换。4开中断。
[0067] 程序进入循环。首先判断A/D采样是否完成，若未完成则继续判断，若A/D采样完成 则读取A/D信号，A/D采样器继续进行A/D转换。
[0068] 比利积分器之后完成W下操作：1.计算误差;2.计算比例项;3.计算积分项;4.合 并比例项和积分项。
[0069] 电路根据计算结果，更新电压参考值，重新开始循环。
[0070] 单片机中断程序结构如图6所示：
[0071 ]程序进入中断服务执行W下操作：1.跳入中断服务程序;2 .保存工作和状态寄存 器值;3.开始A/D转换;4.恢复工作和状态寄存器值;5.中断恢复，回到断点进入主程序。
【主权项】
1. 采用单片机控制的峰值电流模式开关电源，其特征在于，所述电源包括Boost升压电 路、单片机控制电路和反馈控制回路； 所述反馈控制回路抽取负载电压和开关电流，输入到单片机控制电路中进行处理，单 片机控制电路经过计算后输出P丽信号，输入到开关管驱动电路，控制开关M0S管的导通或 关断。2. 根据权利要求1所述采用单片机控制的峰值电流模式开关电源，其特征在于，所述 Boost升压电路包括电感线圈、M0SFET管、二极管和滤波电容，电感线圈和输入直流源相连， 所述M0SFET管一端连接电感线圈一端接地，所述二极管正极与电感线圈和开关管相连，所 述二极管负极连接负载，所述滤波电容则和负载并联；当开关管导通时，能量通过开关管从 直流源输入电感线圈而不传递到输出端；当开关管关断时，电感线圈储存的能量通过所述 二极管传递给输出端，同时直流电源也给负载提供能量。3. 根据权利要求1所述采用单片机控制的峰值电流模式开关电源，其特征在于，所述反 馈控制回路包括电压反馈回路和电流反馈回路，所述电压反馈回路通过电压跟随器从负载 端采集输出电压，所述电压跟随器用来隔离输出电压和反馈控制回路;所述电压跟随器采 集到的电压输入到单片机所带的运放当中，与参考电压进行比较，得到电压误差信号； 所述电流反馈回路则从开关管采集电流信号，该电流信号经过叠加斜坡补偿后，与经 过比例积分控制器PI处理过的电压误差信号一起进入单片机自带的比较器进行比较，产生 开关管的控制PWM信号。4. 根据权利要求1所述采用单片机控制的峰值电流模式开关电源，其特征在于，所述单 片机控制电路包括单片机，其包括AD\DA转换模块、运算放大器模块0PA、模拟信号比较器模 块和可编程开关控制模块PSMC，所述可编程开关控制模块PSMC产生:斜坡补偿信号与开关 管控制PWM信号。5. 根据权利要求4所述采用单片机控制的峰值电流模式开关电源，其特征在于，所述单 片机为PIC16C782单片机。
【专利摘要】一种采用单片机控制的峰值电流模式开关电源，包括Boost升压电路、单片机控制电路和反馈控制回路；所述反馈控制回路抽取负载电压和开关电流，输入到单片机控制电路中进行处理，单片机控制电路经过计算后输出PWM信号，输入到开关管驱动电路，控制开关管的导通或关断，并通过输出显示回路显示电源的输出值。该开关电源采用电压和电流双环回路反馈的方式，采用比例积分PI控制保持输出稳定。本发明采用单片机替代传统PWM控制芯片驱动MOS开关管，相比于普通使用单环回路控制的开关电源，具有控制的精度高、反应快抗干扰、可程序控制输出等突出特点。
【IPC分类】H02M3/158
【公开号】CN105553264
【申请号】CN201511028445
【发明人】李康, 朱翔
【申请人】山东大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月30日