专利名称：一种控制开关电路装置的方法及用其实现的控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制开关电路装置的负反馈控制方法及用该方法实现的控制电路。
开关电路装置是指含有半导体开关器件的，具有能量转换功能或具有控制功能的电路装置，与模拟电路相比，开关电路具有高效节能等优点。而负反馈控制电路是一种自动调节系统，其作用是通过环路的自身调节，使输入与输出间保持某种预定的关系，被广泛用于电子设备或控制系统中，用以提高技术性能指标或实现某种特定的功能。由于开关电路具有非线性特点，在使用线性负反馈方法对其进行控制时，控制精度不够理想。专利US3659184曾提出一种非线性控制电路，电路主要由积分器和比较器构成，提高了控制精度。但这种电路在以PWM方式控制开关电路的开关工作比且开关工作比大于0.5时会出现失稳现象。专利US5278490提出的对开关电路的一个周期控制方法，实现其方法的控制电路与前者类似，也含有一个积分器及比较器。其主要优点是在以PWM方式控制工作比时，当工作比大于0.5时闭环反馈依然是稳定的。但所提供的控制电路在一个开关周期内必须对积分器置位清零。这不但增加了电路的复杂程度，而且在置位期间内，开关电路的输入电压及负载的的运动状态被封锁，而输入电压及负载的变化是扰动开关电路输出的两个最重要的原因。即这种解决控制失稳的方法，是以损失反馈信号为代价的。另外，上述两个专利的共同缺点是反馈信号必须是经开关器件斩波的开关信号，而不能是直接反应被控对象运动状态的模拟量信号，或者说使用上述的专利所提供的控制电路进行闭环反馈时，必须把开关电路输出端的电感、电容等惯性元件置于反馈环之外。这种对反馈信号限定的缺点有两个，一是在进行电压控制时，输出电压与反馈信号被电感隔离，电感的损耗对控制精度形成影响，二是在进行电流控制或其他的物理量如速度、温度、压力、流量等为被控对象时，反馈信号都无法直接馈送到控制器的反馈输入端，这将对控制电路的实用性形成影响。
本发明的目的是能够克服上述缺点，即提供一种稳定性好、控制精度高、能够接收模拟量信号作为反馈信号的控制开关电路的方法及用该方法设计的控制电路。
为了实现上述目的，本发明改进现有的闭环负反馈控制方法。众所周知，闭环负反馈是检测误差，纠正误差，使误差值趋近于零，误差是指闭环控制系统的输入信号与反馈信号之差。虽然闭环负反馈的目的是消除误差，但误差信号在控制系统中的作用却是重要的。如闭环负反馈系统中的误差放大器必须依赖误差信号才能维持输出，当误差信号为零，系统便无法正常工作。又如闭环控制失稳，现有技术是利用微分法或积分法对系统进行校正。微分校正是以降低低频段放大倍数为代价，结果是增加低频段的误差，而积分校正是以降低中频或高频段的放大倍数为代价，结果是增加中频或高频段的误差。本发明改进现有闭环控制方法的思想是即要能达到消除误差的目的，又要能够充分利用误差信号的作用，根据这种主导思想，本发明采用如下的技术方案。
由于开关电路装置是靠控制开关元件的周期性导通时间或关断时间来控制输出的，因此，开关装置的输出信号可能是未经滤波的脉冲信号，也可能是经过滤波环节输出的平稳信号，但不论何种信号，开关电路装置输出的信号都应视为是平均值信号。例如，用PWM方式控制降压DC/DC变换时，当开关元件导通，开关电路装置输出与开关器件连接的直流电压ui，而开关关断时输出电压为零，开关电路装置输出的电压信号Vo的表达式为Vo=tonTui=1T∫0tonuidt=1T∫0TVodt]]>式中ton为开关导通时间，T为开关周期，vo为输出电压信号的瞬时值。由于反馈信号的平均值Vf与Vo存在确定的比例关系，而控制系统的输入参考信号vr相对开关周期而言，是一个变化相对缓慢的信号。因此当开关电路装置作为被控对象时，闭环反馈的目的是消除误差信号e在一个开关周期内的平均值。如误差信号平均值为E，参考信号的平均值为Vr应有E=Vr-Vf=1T∫0Tedt=1T∫0TVrdt-1T∫0TVfdt------(1)]]>对于平均值信号E，如果与其叠加一个周期为T的交流信号，由于交流信号一个周期的平均值为零，所以并不改变E的数值。即E=1T∫0Tedt+1T∫0Tv~dt=1T∫0T(e+v~)dt----(2)]]>我们可以把e+视为叠加了交流信号的偏差信号的瞬时值。
(2)式说明引入交流信号后不改变误差信号E的数值，但要实现稳定的闭环负反馈控制，交流信号应具备的条件为交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同且交流信号与反馈信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号积分值的绝对值，即|∫vrdt+∫dt|=|∫(vr+)dt|＞|∫vfdt|在开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号积分值的绝对值，即|∫vrdt＜|∫vrdt+∫vfdt=|∫(vr+vr)dt|由于开关电路装置的输出正比于开关工作比D,D=ton/T=ton/(ton+toff)式中toff为开关关断时间，因此只要能控制工作比，便能够控制开关电路装置的输出。由D的表达式可知，可以有以下三种方式控制工作比a．将开关周期定为常量，控制导通时间；b．将开关关断时间定为常量，控制导通时间；c．将开关导通时间定为常量，控制关断时间。
以上三种控制方式中，a为最常用的PWM方式，在此方式中，当开关导通时间确定之后，关断时间便随之确定。所以，a、b都可以视为预先确定好关断时间，控制导通时间的控制方式。本发明先用(2)式说明如何实现a、b两种控制方式。
为了说明问题我们建立时间坐标，并顺序选择五个时间点t0、t1、t2、t3及t4。假定在(t0,t1]及(t2,t3]区间，对应开关元件的关断时间，在(t1,t2]及(t3,t4]区间，对应开关元件的导通时间。
在(t0,t1]区间，误差信号的积分值为1T∫t0t1(e+v~)dt=1T∫t0t1(vr-vf)dt+1T∫t0t1v~dt---(3)]]>
在上式中，由于存在交流信号，即使此区间vr与vf相等，偏差信号瞬时值e+=(vr-vf)+，只有在交流信号过零点时为零，其余时间均不为零。根据对交流信号的限定条件，在此区间交流信号的积分值不为零且积分值符号与vr的积分值符号相同。当时间等于t1时，关断时间结束，将误差信号的积分值存储下来。由于(t0,t1]区间的时间长短是预先确定的，所以此区间开关电路装置的运动状态不受误差信号大小的影响，当时间大于t1，开关导通，选择时间动点t，将误差信号的积分值写成时间的函数1T∫t0t(e+v~)dt=1T∫t0t1(e+v~)dt+1T∫t1t1+t[(vr-vf)+v~]dt--(4)]]>(4)式中的第一项是开关关断时的误差积分值。第二项是开关导通时的误差积分值。显见在开关导通的时间里，由于确保误差信号的瞬时值存在，且根据对交流信号的限定条件，导通区间的积分值符号与反馈信号vf积分值符号相同。因此随导通时间的增加，第二项误差信号的积分值是增加的，只不过积分值符号与第一项积分值符号相反。当时间t增加至使第二项积分值与第一项积分值相等时，开关导通状态结束，又重新进入关断状态。即开关导通时间ton=t2-t1由下式决定1T∫t0t1(e+v~)dt+1T∫t1t1+ton(vr-vf)dt+1T∫t1t1+tonv~dt=0--(5)]]>在(t2,t3]区间，开关关断，重复(t0,t1]区间的运算过程，在(t3,t4]区间，开关导通，重复(t1,t2]区间的运算过程，如此周而复始。在控制系统进入稳定的状态下，开关导通时间与关断时间是一个确定值。因此，开关电路装置在(t0,t2]区间正好经历了一个开关周期，由于选择交流信号周期与开关周期相同，可将(5)式写成1T∫t0T(e+v~)dt=1T∫t0t1(vr-vf)dt+1T∫t0t1v~dt+1T∫t1t2(vi-vf)dt+1T∫t1t2v~dt]]>=1T∫t0t2(vr-vf)dt+1T∫t0t2v~dt=0]]>因为1T∫t0t2v~dt=1T∫0Tv~dt=0]]>所以1T∫t0t2(vr-vf)dt=1T∫0T(vr-vf)dt]]>=1T∫0Tvrdt-1T∫0Tvfdt=Vr-Vf=E=0]]>上式说明，在稳定状态下，参考信号的平均值与反馈信号的平均值相等，这正是闭环负反馈的目的。
如果在稳定的状态下开关电路装置具有导通时间ton0，当系统受到扰动，使Vr与Vf不相等，例如Vr＞Vf，那么在原有导通时间的条件下，由于Vr＞Vf将使(5)式左端的绝对值大于零，即|1T∫t0t1(e+v~)dt+∫t1t1+ton0(vr-vf)dt+∫t1t1+ton0v~dt|>0]]>那么，开关电路装置的导通时间会继续延长，使开关装置的输出信号Vo及反馈信号Vf的数值继续增加，直至出现1T∫t0t1(e+v~)dt+1T∫t1t1+ton1(vr-vf)dt+1T∫t1t1+ton1v~dt=0]]>为止，系统又达到新的稳定状态。在新的稳定状态下，开关电路装置具有导通时间ton1，且ton1＞ton0。同理，当出现Vr＜Vf时，控制系统将自动降低导通时间。
如将上面所说的时间区间(t1,t3]定为常量，即开关周期T为常数，(t1,t2]区间为开关导通区间，那么，控制系统便以PWM方式控制开关电路装置工作，当导通时间确定后，关断时间toff=T-ton也随之确定。如(t0,t1]区间定为常数，即开关关断时间toff定为常数，(t1,t2]为导通时间ton,(t0,t2]为开关周期T。则开关工作比D为D=tonton+toff=1-toffT]]>式中开关周期T及导通时间ton均为变量，随ton及T增加，D增加，但D与导通时间ton之间不是线性关系。这是一种调频式控制方式，在用于功率可调节的变流技术中，具有大功率输出时开关频率低，可降低大功率输出时的开关损耗，而小功率输出时开关频率高，有助于降低滤波环节的电感及电容值。
如果要采用固定导通时间的调频式控制方式，则导通时间区间(t1,t2]是预先确定的，在此区间对含有交流信号的误差信号进行积分运算，由于误差信号中含有交流信号，此区间的误差积分值不为零；在开关关断区间(t2,t3]继续对误差信号进行积分运算，并将误差积分值与导通区间的误差积分值叠加，当叠加结果为零时，开关关断时间结束。即开关关断时间是以消除开关导通期间的误差积分值所需时间确定的。
在以上对控制原理的叙述中，曾提到开关电路装置的开关周期。由于本发明内容只涉及如何控制开关工作比，所说的开关周期是指能够计算一个开关工作比所需的时间。开关工作比是开关导通时间与开关周期之比，即D=tonT=toffton+toff]]>本发明文献中所说的开关周期或开关电路装置的开关周期，是指开关工作比计算式式中分母。在此说明开关周期的目的是区别当开关电路装置中含有两只或三只交替导通的开关元件时，如开关电路装置的主电路是推挽，半桥或全桥逆变器时，人们习惯上将其中一开关元件所经历的一个完整的开关过程所需的时间定义为开关周期，这种开关周期是本发明文献所说的开关周期的二倍或三倍。
本发明在前所叙述过的控制原理，不对被控制的开关电路装置作任何限定，但当开关电路装置中含有推挽或桥式逆变器时，我们还可以采取另一种相似的控制方法。在(2)式中，我们规定交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同，如将此规定扩展为开关周期是交流信号的周期的两倍也是可以的，此时(2)式为E=12T∫02Tedt+12T∫02Tv~dt]]>=12T∫02T(e+v~)dt]]>
当E=0时，是指误差信号在两个开关周期内平均值为零，而交流信号在两个开关周期内平均值为零。既上式同样可以实现本发明的目的，其实用性限于开关电路装置中含有带隔离变压器的桥式逆变器或是推挽逆变器，这类逆变器都含有两只交替导通的开关元件。为了防止变压器偏磁及增大变压器出力，可以采取的一个措施是使相邻的两个开关周期的工作比相同，所以只需控制两只交替导通的开关元件中的一只开关元件的工作比，而另一只元件与在其之前导通的元件有完全相同的开关工作比，这相当每隔一个开关周期调整一次工作比。如果受控的这一只元件的开关周期是T′，则T′是开关周期的两倍，即T′=2T。我们可以把上式写成E=12T∫02Tedt+12T∫02Tv~dt]]>=1T′∫0T′edt+1T′∫0T′v~dt--(2)′]]>即(2)′与(2)式有完全相同的形式。所以当交流信号的周期是开关周期的两倍时，仍可以使相同的控制方法，只不过应把开关周期当成一只元件的开关周期来处理。
由以上对控制过程的说明可知，本发明的控制方法的主要特点有两个，一是在计算误差时使误差信号含有交流信号，二是以消除误差信号在一个开关周期的积分值为依据确定开关工作比。由于消除误差积分值需以误差积分值存在为前提，所以，从时间上周期性地将确定开关工作比的积分运算过程划分成两个时间区间，确定积分区间及变动积分区间。前一个区间的时间是预先确定的，在确定了开关工作比的控制方式如调频方式或PWM方式以及确定了具体的相关参数如PWM方式的最大脉宽及工作频率，调频方式的频率范围及固定的导通或关断时间之后，对调频方式而言，便有了确定的时间，如固定的关断时间或者导通时间；对PWM方式而言，有了确定的初始时间，如关断时间的初始时间。由于在PWM方式中，关断时间是随着导通时间变化而更新的，导通时间在变动积分区间确定，导通时间一旦确定，新的关断时间便随之确定。因此，不论是关断时间的初始值或是更新值，此区间都有确定的时间数值。当此区间的时间结束时，不论误差存在与否，在交流信号的作用下，含有交流信号的误差信号的积分值的绝对值总是大于零。在变动积分区间进行积分运算时，将积分值与确定积分区间的积分值相加，当相加之和为零时，此区间时间结束。以此区间时间确定反应开关工作比的时间参数，如PWM方式的导通时间，固定关断时间调频方式的导通时间以及固定导通时间调频方式的关断时间。此区间结束后，再返回确定积分区间。交流信号每经历一个周期，便对工作比进行一次调整。从以上对控制过程的叙述可知交流信号的一个作用，即利用交流信号可以做到无静差调节，否则误差为零时E=Vr-Vf=0，控制电路无法维持输出。交流信号还有另一个作用，即利用交流信号可以抑制失稳。根据反馈理论，如控制电路的开环放大倍数与反馈系数之积不小于1时相移超过180°，闭环控制便失稳。由于相移主要是由于闭环电路中存在电感、电容等惯性元件造成的，换言之，闭环回路如无惯性元件便可以提高闭环的稳定性，在这种条件下，对大多数开关电路装置的实施例而言，在开关导通期间，产生输出信号及反馈信号，在开关关断期间，则无输出信号及反馈信号，如果参考信号的平均值与反馈信号的平均值相等，在开关关断期间，参考信号的积分值应大于反馈信号的积分值；在开关导通期间，参考信号的积分值应小于反馈信号的积分值，以上是系统中无惯性元件的条件下得出的结论。我们还可以推论，在开关关断期间，检测到的反馈信号是相移造成的；在追求参考信号的平均值与反馈信号的平均值相等的过程中，如在开关关断期间，参考信号的积分值小于反馈信号的积分值，在开关导通期间，参考信号的积分值大于反馈信号的积分值，均是相移造成的结果，这种结果将导致闭环控制失稳。为了削弱相移造成的这种后果，本发明提出了对交流信号的限定条件，其目的是利用交流信号在开关关断期间增强参考信号的积分值，使参考信号的积分值大于反馈信号的积分值；在开关导通期间增强反馈信号的积分值，使参考信号的积分值小于反馈信号的积分值。即利用交流信号在动态调节过程中形成一种阻尼作用，抑制失稳。
综上所述本发明的控制方法所包括的步骤是(1)建立以开关电路装置为被控对象的闭环负反馈控制电路，确定开关工作比的控制方式及相关参数，如开关工作比的控制方式是PWM方式，需要确定的相关参数是固定的开关周期及最大脉宽；如开关工作比的控制方式是固定关断时间，控制导通时间的调频式控制方式，需要确定的相关参数是固定的关断时间及最大开关周期；如开关工作比的控制方式是固定导通时间，控制关断时间的调频式控制方式，需要确定的相关参数是固定的导通时间及最大开关周期。当对开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，所说控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号。
交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置中的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在开关电路装置中的开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值。
(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加。
(3)如用PWM控制方式或固定关断时间控制导通时间的调频式控制方式控制工作比，在开关关断时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算；如用固定导通时间控制关断时间的调频式控制方式控制工作比，在开关导通时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算。上述时间结束后，进行步骤(4)的运算。
(4)继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值相加之和为零时，此区间时间结束，如用PWM控制方式或固定关断时间控制导通时间的调频式控制方式，此区间时间是开关的导通时间；如用固定导通时间控制关断时间的调频式控制方式，此区间是开关的关断时间。返回步骤(3)。
当开关电路装置中含有两只交替导通的开关元件时，本发明的控制方法的步骤是(1)建立控制开关电路装置的闭环控制电路，确定开关工作比的控制方式及相关参数，如开关工作比的控制方式是PWM方式，需要确定的相关参数是开关周期及最大脉宽；如开关工作比的控制方式是固定关断时间，控制导通时间的调频式控制方式，需要确定的相关参数是固定的关断时间及最大开关周期；如开关工作比的控制方式是固定导通时间，控制关断时间的调频式控制方式，需要确定的相关参数是固定的导通时间及最大开关周期。当对所说的开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，所说的控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号交流信号的周期与开关电路装置中的一只开关元件的开关周期相同；选定一只开关元件，在所选定的这一只开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在所选定的这一只元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)如用PWM控制方式或固定关断时间控制导通时间的调频式控制方式控制工作比，在(1)所选定的开关元件关断时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算；如用固定导通时间，控制关断时间的调频式控制方式控制工作比，在(1)所选定的开关元件导通时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算。上述时间结束后，进行步骤(4)的运算。
(4)继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值相加之和为零时，此区间时间结束。如用PWM控制方式，此区间时间是选定的开关元件的导通时间，将此导通时间存贮下来，以此导通时间确定另一只开关元件的导通时间。如用固定关断时间控制导通时间的调频式控制方式，此区间时间是选定的开关元件的导通时间，将此导通时间及一个固定关断时间之和存贮下来，以此时间之和确定另一只开关元件的导通时间。如用固定导通时间控制关断时间的调频式控制方式，此区间是选定的开关元件的关断时间，将此关断时间及一个固定导通时间之和存贮下来，以此时间之和确定另一只开关元件的关断时间。返回步骤(3)。
本发明的控制方法设计的控制电路的主要特点是，控制电路需要有一个交流信号产生环节提供所需要的交流信号。在设计该环节时，利用了控制电路中或开关电路装置中固有的脉冲信号，然后用隔直电容将这些信号的交流成分分离出来，将分离出来的交流信号馈送至误差积分环节的输入端进行积分运算。如可根据对交流信号的相位要求选择与驱动开关元件的驱动信号同相或者反相的脉冲信号，经电容滤除其交流成分后，便是符合要求的交流信号。或者选择开关电路装置中未经滤波的脉冲信号，经电容滤除其交流成分后，也是符合要求的交流信号。当用调频方式控制工作比或PWM的工作比小于0.5时，使用这种交流信号便有很好的控制效果。在DC/DC单端式逆变器中，工作比被控制在0.5以下，所以使用这种交流信号就可以用PWM方式控制工作比。但当工作比不小于0.5时，在动态的调节过程中此交流信号便无法满足控制方法中所提出的条件，出现失稳。由于目前绝大多数开关电路装置采用PWM方式控制工作比，必须解决工作比不小于0.5时的失稳问题。在PWM电路中需要有限制最大脉宽的功能，我们发现，在保留前述交流信号的前提下，用隔直电容将最大脉宽信号或最大脉宽的反相信号用隔直电容将其交流成分分离出来，将此交流信号馈送至误差积分器的输入端，便可解决工作比不小于0.5时的失稳问题。这相当所需交流信号是由二路交流信号组成的，应该指出的是，补充的这一路交流信号的积分值虽不符合交流信号应具备的条件，但两路交流信号的积分值之和却能够满足交流信号应具备的条件。至于如何选择与驱动信号，最大脉宽信号同相或反相信号，则由参考信号的极性决定，如参考信号是负信号，则选择与驱动信号及最大脉宽信号的同相信号；如参考信号是正信号，则选择驱动信号及最大脉宽信号的反相信号。
用本发明的控制方法设计的控制电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号与反馈信号与此环节的输入端连接。一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号。比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接。一个信号转换环节，其功能取决于工作比的控制方式，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接。信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接。还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与信号转换环节连接或者与开关开关电路装置连接。还可以在与开关电路装置连接的基础上，再与信号转换环节连接。
本发明的控制方法如采用PWM方式控制工作比，上述控制电路中的信号转换环节的功能是产生固定的开关周期信号及最大脉宽信号，并将比较器的输出信号转换成控制开关元件的控制信号。上述控制电路的交流信号产生环节有两个输入端，一个输入端与最大脉宽信号连接，另一个输入端与控制开关元件的控制信号连接。交流信号产生环节有两个输出端，分别与误差积分环节的两个输入端连接。所说交流信号产生环节的一个输入端还可以与开关电路装置中未经滤波的脉冲信号连接，而另一个输入端仍与最大脉宽信号连接。
如采用固定关断时间，控制导通时间的调频方式控制开关工作比，上述电路中信号转换环节的功能是产生固定的关断时间及限定最大开关周期，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号。
如采用固定导通时间，控制关断时间的调频方式控制开关工作比，上述信号转换环节的功能是产生固定的导通时间及限定最大开关周期，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号。
当开关电路装置中含有两只交替导通的开关元件时，用本发明方法设计的控制电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号与反馈信号与此环节的输入端连接。一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)的积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接。一个信号转换环节，其功能取决于开关工作比的控制方式，信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节所提供的信号，确定开关工作比，产生输出信号及反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接。还有一个交流信号产生环节，其功能是产生步骤(1)所说的交流信号，该环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，该环节的输入端与信号转换环节连接。
如采用PWM方式控制开关工作比，上述电路中信号转换环节的功能是产生固定的开关周期信号及限定最大脉宽，并将比较器环节的输出信号转换成选定的开关元件的控制信号，将步骤(4)积分时间存储下来并将此积分时间转换成另一只开关元件的控制信号。
如采用固定关断时间，控制导通时间的调频方式控制开关工作比，上述电路中信号转换环节的功能是产生固定的关断时间信号及限定最大开关周期，将比较器环节的输出信号转换成选定的开关元件的控制信号，将步骤(4)的积分时间及一个固定的关断时间之和存储下来并将此时间之和转换成另一只开关元件的控制信号。
如采用固定导通时间，控制关断时间的调频方式控制开关工作比，上述信号转换环节的功能是产生固定的导通时间信号及限定最大开关周期，将比较器环节的输出信号转换成选定的开关元件的控制信号，将步骤(4)的积分时间及一个固定的导通时间之和存储下来并将此时间之和转换成另一只开关元件的控制信号。
我们与现有闭环负反馈方法相比较说明本发明的优点。在负反馈技术中，反馈深度被定义为参考信号与净输入信号即误差信号之比，反馈深度越大，闭环负反馈的优点才越明显。在现有反馈技术中，如系统开环放大倍数为A，反馈系数为F，则反馈深度为1+AF。在增加反馈深度时，遇到的问题是闭环电路中的误差放大器须依赖误差信号维持输出，所以误差信号不能为零，这种误差放大器难以精确控制具有非线性特点的开关电路装置。虽然现有技术中积分调节器是依赖对误差的积累维持输出，理论上是一种无静差的控制方法。但其放大倍数与频率成反比，响应速度慢，只适合在低频条件下使用。另外，由于闭环电路中总含有惯性元件，使AF之值存在相移，根据反馈理论，当AF≥1时相移超过180°，系统便失稳，无法正常工作，即提高反馈深度受稳定性的限制。虽然现有技术中有将惯性元件置于闭环之外克服失稳的方法，但对大多数被控对象而言，其所产生的反馈信号是连续的模拟信号而非具有陡峭前后沿的脉冲信号。本发明的控制方法是在计算误差信号时引入交流信号，交流信号的作用有两个，一是在误差平均值为零的条件下，可以利用交流信号维持控制电路输出，二是利用交流信号在动态调节过程中的阻尼作用抑制失稳。基于交流信号的这两种作用，本发明才能够增加反馈深度，在调节过程中以误差平均值为零为依据确定开关工作比，使得本发明的方法是一种非线性无静差的控制方法。与现有使用模拟反馈信号的无静差控制方法相比，提高了响应速度。与使用脉冲反馈信号的无静差控制方法相比，无需改变使用者现有的习惯，扩大了使用范围；无需对积分器置位清零，降低了电路的复杂程度。另外，本发明的控制电路与现有的线性控制电路相比，虽然多了一个交流信号产生环节，但却省掉了一个锯齿波产生环节，该环节的功能是产生锯齿波，在线性控制电路中与比较器的一端连接，而本发明的控制电路中的比较器的一端是与公共地电平连接的，而且，由于本发明控制电路具有高的控制精度，如在输入电压信号变化40％的条件下，相对误差小于0.1％，在反馈信号是弱信号的条件下，可以省去一级弱信号放大电路。虽然针对克服变压器偏磁所设计的输入电路显得复杂，但由于控制电路增加了克服偏磁的功能，因此可以省去全桥逆变器中与变压器串联的电容及增大变压器出力，这不但降低了逆变器电路的复杂程度，而且使总成本下降，因此本发明的控制电路是相对简单的。综上所述，本发明具有的优点是简单、实用、控制精度高。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1.1、图1.2和图1.3是本发明的原理框图。
图2.1和图2.3是本发明PWM方式控制开关工作比的电路装置实施例；图2.1-1是图2.1中框4的另一实现方式电路图，图2.2是图2.1电路各点波形图。
图3.1是本发明固定关断时间，控制导通时间的电路装置实施例，图3.2是图3.1电路各点波形图。
图4.1是本发明固定导通时间，控制关断时间的的电路装置实施例，图4.2是图4.1电路各点波形图。
图5.1是本发明用PWM方式控制工作比，开关电路装置中含有两只交替导通的开关元件的电路装置实施例，图5.1-1是图5.1中Q1及Q2端与全桥逆变器具体结构示意图，图5.3是图5.1电路各点波形图。
图6.1和图6.2是本发明用调频方式控制开关工作比，开关电路装置中含有两只交替导通的开关元件的实施例，图6.3是图6.1和图6.2各点波形示意图。
图1.1～1.3中，1是误差积分环节，2是比较器环节，3是信号转换环节，4是交流信号产生环节，5是开关电路装置。开关电路装置5是现有技术。在图1.2及图1.3中为了说明其与控制电路的连接关系，将其分割成开关环节5.1，低通滤波环节5.2，负载环节5.3及测量环节5.4，开关环节5.1将连续信号Vi转换成脉冲信号；低通滤波环节5.2滤除脉冲信号的高频成分；滤波后的信号驱动负载环节5.3，负载环节与测量环节连接，测量环节5.4产生输出信号及与输出信号成比例的反馈信号vf。
图1.1参考信号vr与误差积分环节1连接，1与比较器2连接，2与信号转换环节3连接，3与开关电路装置5连接，还与交流信号产生环节4连接，4输出交流信号,与1连接。开关电路装置输出信号Vo，并产生与Vo成比例关系的反馈信号vf,vf与1连接，形成闭环。图1.2与图1.1的区别是4的输入端与5.1的输出端连接，即4从开关电路装置中的脉冲信号中提取交流信号，这种连接方式只适合调频或PWM的工作比小于0.5的实施例。
图1.3是在图1.2的基础上，增加4与3的连接。
在图2.1中，误差积分环节1是以运算放大器构成的积分器。其特点是除了参考信号vr及反馈信号vf的输入端外，还有交流信号的输入端。比较器环节2的两个输入端分别与公共地电平及误差积分环节1连接。信号输出环节3中的d点的输出波形是最大允许脉宽波形，改变R2便可以调节最大脉宽。d点波形经R3C3微分后将前沿分离出来即b点的波形，此波形即时钟脉冲信号。b点与RS触发器的S端连接，c点波形是最大脉宽的反相波形，此波形与比较器环节的a点波形相加后与RS触发器的R端连接。a点信号是比较器环节2的检零信号，a点波形的上升沿是开关关断时间区间的积分值与开关导通时间区间的积分值之和为零时刻的标志。RS触发器Q点的波形与开关电路装置中驱动开关元件的驱动波形的同相位，Q点高电平表示开关元件导通，低电平表示开关元件截止。交流信号产生环节4有两个输入端，由于图2.1中参考信号是负值信号，所以e点输入端连接与驱动信号同相位的信号，d点连接最大脉宽信号。而如参考信号是正值信号，环节4见图2.1-1,e点及d点信号反相后再分别与电容C4、C5连接。环节4有两个输出端e′及d′。即所需交流信号是由两路交流信号组成，e′及d′。一个具体实施例的参数值是最大脉宽8.4us，周期9.4us；电容C1:1nF；C2:300pF；C3:100pF；C4:0.1uF；C5:0.1uF；电阻R0:10k；R1:51k；R2:4.7k；R3:10k；R4:30k；R5:10k。图2.2是各点波形图。除图2.1所示的连接方式外，环节4的两个输入端还可以有如下几种连接方式只保留e点的输入端，当e点与Q点连接时是图1.1的实施例；图2.3中的e点与开关电路装置5.1p点连接时是图1.2的实施例，5.1中S表示可控开关。在这两种实施例中，只允许开关工作比小于0.5。当开关电路装置是单端逆变器时，就可以使用这种实施例。但要求工作比也可以工作在不小于0.5的范围内，就应增加d点的连接。如在图2.2中e点与5.1输出端的p点连接的基础上，增加d点虚线的连接，是图1.3的实施例。而图2.1的连接方式是图1.1的实施例。上述几种实施例均可以获得很好的控制精度，如输入信号vi变化40％，相对误差可以控制在0.1％以下，但这几种实施例中，图1.1的实施例更符合使用者的习惯。环节1中，改变电阻R4或R5的阻值可以改变误差积分环节的输出电压，如阻值过小，可以使积分器进入饱和非线性区，并因此降低精度；而阻值过大则使交流信号的作用减弱，可能导致控制失稳。
如固定导通时间，控制关断时间的调频方式控制工作比，只要改变环节3的电路，图3是这种调频方式的实施例。图3的信号转换环节3由积分器、比较器、或门及单稳态触发器构成。积分器和比较器形成振荡器，在无检零信号的情况下，比较器C端输出的窄脉宽信号触发单稳态触发器，单稳态触发器的Q端输出低电平，表示关断时间开始，关断时间是由单稳态触发器的时间常数值决定的，关断时间结束后，导通时间开始。在开关导通期间收到检零信号，则再次触发单稳态触发器，导通时间结束，关断时间开始。与比较器(-)端连接的电位器Rw的目的是能够调节最大开关周期。在环节3中，Q端输出的信号与驱动开关元件的信号同相位，Q高电位时，开关元件导通，Q低电平，开关元件截止。交流信号产生环节4与Q端连接，此例也是图1.1的实施例。与图2.1同理，4也可以将e点与开关电路装置中5.1的p点连接，这便是图1.2的实施例。图3.1的一个具体实施例的参数值是电阻R0:10k；R1:4.7k；R4:10k；电容C1:100pF；C2:300pF；C4:0.1uF；固定关断时间4us；最大开关周期20us。主要端点的波形见图3.2。
对于固定导通时间，控制关断时间的调频方式见图4.1，图4.1中信号转换环节3由积分器，比较器，或门及单稳态触发器构成。图4.1与图3.1的区别是单稳态触发器收到比较器环节的检零信号或本图环节3中的比较器输出信号时，单稳态触发器Q端输出高电压信号，表示关断时间结束，导通时间开始，导通时间由单稳态触发器的时间常数确定。在图4.1中，单稳态触发器的Q端与驱动信号同相位，Q端高电位时，表示开关元件导通，Q端低电位时，表示开关元件截止。图中4.1的e端即可以与Q端连接，也可以与开关电路装置中5.1的P点连接。图4.1的一个具体实施例的参数值是电阻R0:10k；R4:15k；电容C2:300pF；C4:0.1uF；固定关断时间4us；最大开关周期20us。主要端点的波形见图4.2。
当被控的开关电路装置有两只交替导通的开关元件时，可以采用本发明的另一种控制开关工作比的方法，在该方法中，只控制一只开关元件的工作比，并将此工作比的时间参数存储下来，作为另一只元件的开关工作比。用这种方法设计的PWM方式控制工作比的电路见图5.1。图5.1中，信号转换环节3由施密特触发器构成的振荡器、RS触发器、单稳态触发器、D触发器以及与门构成。RS触发器的S端连接与门A1的输出端，每隔一个开关周期，与门A1产生一个触发脉冲，这个脉冲使RS触发器置1,Q1输出高电平表示开关元件的导通时间开始；RS触发器的R端与或门连接，当比较器环节输出检零信号时，表示误差积分值为零，Q1端输出低电平，导通时间结束。Q1端驱动的开关元件，即方法中所说的选定的开关元件。在图5.1中，单稳态触发器的脉冲输入端亦与或门连接，当比较器环节输出检零信号时，单稳态触发器输出宽度与开关周期相等的高电平信号，此信号与D触发器Q3端产生的信号共同进入与门A3的二个输入端，与门A3的Q2输出的高电平信号与RS触发器输出的高电平信号的脉冲宽度相同，只是脉冲前沿相差一个开关周期，因此，Q2端具有存储Q1端开关工作比的功能。RS触发器和与门A3在时间上交替产生高电平输出信号，图5.1-1是Q1及Q2端与全桥逆变器中可控开关S1、S2、S3及S4的连接关系，S1及S2交替是导通的开关元件，S1是选定的开关元件，S3与S1同时通断，S4与S2同时通断。
图5.1中，Q1端与交流信号产生环节4连接，即环节4只与选定的那一只开关元件的驱动信号连接。由于Q1的信号高电平持续时间与所驱动的开关元件的开关周期之比总是小于0.5，所以环节4只需要有一个输入端。图5.1的一个具体实施例的参数值是最大脉宽8.4us；周期T:9.4us；电容C1:1nF；C2:300pF；C3:100pF；C4:0.1uF；C6:100pF；电阻R0:10k；R1:51k；R2:4.7k；R3:10k；R4:11k；R6:10k。图5.2是各点的波形时序图。图5.2中，T是开关周期，T′是开关元件的开关周期，T′=2T。
使用与图5.1相同的控制方法，但采用调频方式控制工作比时，实施例见图6.1、图6.2及图6.3。图6.1是用固定关断时间，控制导通时间的实施例。图6.1与图5.1的区别是信号转换环节3不同，在图6.1的环节3由单稳态触发器、D触发器、积分器、比较器、与门及或门构成。环节3的Q3输出端驱动的开关元件是方法中所说的选定的开关元件。由于关断时间是固定的，所以只要存储了所选定开关元件的导通时间与一个固定的关断时间之和，便相当存储了开关工作比。环节3由积分器及比较器Cp1实现这种功能。积分器有两个输入端，一个输入端接负电压信号，电压的绝对值取D触发器输出高电平电压的二分之一。D触发器Q1端输出高电平的时间代表了所选定的开关元件的导通时间与一个固定关断时间之和。当Q1电压由低电平转为高电平时，积分器的净输入电压为-1/2Vc，Vc为Q-端输出的高电平电压。此时积分器输出电压从零随时间线性上升，当收到a点的检零信号时，Q1转为低电平，此期间积分器的输出电压与选定的开关元件的导通时间及一个关断时间之和成线性比例关系。Q1转成低电平后，积分器的净输入电压为+1/2Vc，所以积分器输出电压随时间线性下降，并且下降斜率的绝对值与上升斜率相同。当积分器的输出电压再次回到零电位时，比较器Cp1输出高电压使D触发器翻转，Q1端转换为低电压，所以Q1端高电平持续时间与Q1的高电平持续时间相同，因此实现了方法中所说的，将选定开关元件的导通时间及一个固定的关断时间之和存储下来，并以此时间之和确定另一只开关元件的导通时间的功能。图中设置比较器Cp2的目的是限制最大开关周期。如将图6.1中单稳态触发器的Q2端与D触发器的Q1及Q1端相与后，产生的输出信号便是用于固定导通时间、控制关断时间的调频方式，见图6.2。图6.1及图6.2还给出了一个具体实施例的参数。图6.1实施例的参数是最大开关周期25us；固定关断时间5us；电容C2:300pF；C4:0.47uF；C6:100pF；C7:1nF；C8:100pF；电阻R0:10k；R4:10k；R6:10k；R7:15k；R8:10k。图6.2实施例的参数是最大开关周期25us；固定导通时间5us；电容C2:300pF；C4:0.47uF；C6:100pF；C7:1nF；C8:100pF；电阻R0:10k；R4:10k；R6:10k；R7:15k；R8:10k。各点波形见图6.3。
权利要求
1.一种控制开关电路装置的方法，方法的步骤是(1)建立以开关电路装置为被控对象的闭环负反馈控制电路，以PWM方式控制开关工作比，确定固定的开关周期及最大脉宽，当对开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，其特征是所说控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号；交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置中的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在开关电路装置中的开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)在开关关断时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，关断时间结束后，进行步骤(4)的运算；(4)在开关导通期间，继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值相加之和为零时，开关导通时间结束，返回步骤(3)。
2.一种控制开关电路装置的方法，方法的步骤是(1)建立以开关电路装置为被控对象的闭环负反馈控制电路，以固定关断时间，控制导通时间的调频方式控制开关工作比，确定固定的关断时间及最大开关周期，当对开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，其特征是所说控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号；交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置中的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在开关电路装置中的开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，其特征是并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)在开关关断时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，关断时间结束后，进行步骤(4)的运算；(4)在开关导通期间，继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值相加之和为零时，导通时间结束，返回步骤(3)。
3.一种控制开关电路装置的方法，方法的步骤是(1)建立以开关电路装置为被控对象的闭环负反馈控制电路，以固定导通时间，控制关断时间的调频方式控制开关工作比，确定固定的导通时间及最大开关周期，当对开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，其特征是所说控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号；交流信号的周期与开关电路装置的开关周期相同；在开关电路装置中的开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在开关电路装置中的开关元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)在开关导通时间区间对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，导通时间结束后，进行步骤(4)的运算；(4)在开关关断期间，继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值相加之和为零时，开关关断时间结束，返回步骤(3)。
4.一种控制开关电路装置的方法，所说开关电路装置有两只交替导通的开关元件，方法的步骤是(1)建立控制开关电路装置的闭环控制电路，以PWM方式控制开关工作比，确定固定的开关周期及最大脉宽，当对所说的开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，其特征是所说的控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号交流信号的周期与开关电路装置中的一只开关元件的开关周期相同；选定一只开关元件，在所选定的这一只开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在所选定的这一只元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)在(1)所选定的开关元件关断时间区间，对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，此关断时间结束后，进行步骤(4)的运算；(4)在(1)所选定的开关元件导通期间，继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值之和为零时，此导通时间结束，将此导通时间存贮下来，并以次导通时间确定另一只开关元件的导通时间，返回步骤(3)。
5.一种控制开关电路装置的方法，所说开关电路装置有两只交替导通的开关元件，方法的步骤是(1)建立控制开关电路装置的闭环控制电路，以固定关断时间，控制导通时间的调频方式控制开关工作比，确定固定的关断时间及最大开关周期，当对所说的开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，其特征是，所说的控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号交流信号的周期与开关电路装置中的一只开关元件的开关周期相同；选定一只开关元件，在所选定的这一只开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在所选定的这一只元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)在所选定的开关元件关断时间区间，对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，此关断时间结束后，进行步骤(4)的运算；(4)在所选定的开关元件导通期间，继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值之和为零时，此导通时间结束，将此导通时间及一个固定的关断时间之和存储下来，并以此时间之和确定另一只开关元件的导通时间，返回步骤(3)。
6.一种控制开关电路装置的方法，所说开关电路装置有两只交替导通的开关元件，方法的步骤是(1)建立控制开关电路装置的闭环控制电路，以固定导通时间，控制关断时间的调频方式控制开关工作比，确定固定的导通时间及最大开关周期，当对所说的开关电路装置施加输入信号，对控制电路施加参考信号，则开关电路装置产生输出信号及反馈信号，其特征是，所说的控制电路还能够产生符合下述条件的交流信号交流信号的周期与开关电路装置中的一只开关元件的开关周期相同；选定一只开关元件，在所选定的这一只开关元件关断期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相同，且交流信号的积分值与参考信号的积分值之和的绝对值大于反馈信号的积分值的绝对值；在所选定的这一只元件导通期间，交流信号的积分值符号与参考信号的积分值符号相反，且交流信号的积分值与反馈信号的积分值之和的绝对值大于参考信号的积分值的绝对值；(2)计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与(1)所说的交流信号叠加；(3)所选定开关元件导通时间区间，对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，此导通时间结束后，进行步骤(4)的运算；(4)所选定的开关元件关断期间，继续对(2)所说的叠加了交流信号的差值信号进行积分运算，当积分值与(3)所计算的积分值之和为零时，此关断时间结束，将此关断时间及一个固定的导通时间之和存储下来，并以此时间之和确定另一只开关元件的关断时间，返回步骤(3)。
7.根据权利要求1所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号及反馈信号与此环节的输入端连接，一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号。比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的开关周期信号及最大脉宽信号，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接。信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与信号转换环节连接。
8.根据权利要求7所说的控制电路，其特征是所说交流信号产生环节有两个输入端，分别与信号转换环节的控制信号及最大脉宽信号连接，所说交流信号产生环节有两个输出端，分别与误差积分环节的两个输入端连接。
9.根据权利要求1方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号及反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接，一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的开关周期信号及最大脉宽信号，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接。信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与开关电路装置中未经滤波的脉冲信号连接。
10.根据权利要求2方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号及反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的关断时间信号及限定最大开关周期，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接，信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与信号转换环节连接。
11.根据权利要求2方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号及反馈信号与此环节的输入端连接，一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的关断时间信号及限定最大开关周期，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接，信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与开关电路装置中未经滤波的脉冲信号连接。
12.根据权利要求3方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号及反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的导通时间信号及限定最大开关周期，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接，信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与信号转换环节连接。
13.根据权利要求3方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号及反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的导通时间信号及限定最大开关周期，并将比较器环节的输出信号转换成控制开关元件的控制信号，信号转换环节的输入端与比较器环节的输出端连接，信号转换环节的输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节提供的控制信号，确定开关工作比，产生输出信号和反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是还有一个交流信号产生环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的交流信号，交流信号产生环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，交流信号产生环节的输入端与开关电路装置中未经滤波的脉冲信号连接。
14.根据权利要求4方法所实现的控制电路路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号与反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)的积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的开关周期信号及限定最大脉宽，将比较器环节的输出信号转换成控制步骤(1)选定的开关元件的控制信号，该环节的输入端与比较器输出端连接，输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节所提供的信号，确定开关工作比，产生输出信号及反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是所说信号转换环节还具有实现方法步骤(4)所说的，将选定开关元件的导通时间存储下来，并将此导通时间转换成另一只开关元件的控制信号的功能；还有一个交流信号产生环节，其功能是产生步骤(1)所说的交流信号，该环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，该环节的输入端与信号转换环节连接。
15.根据权利要求5方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号与反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)的积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的关断时间信号及限定最大开关周期，将比较器环节的输出信号转换成控制步骤(1)选定的开关元件的控制信号，该环节的输入端与比较器输出端连接，输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节所提供的信号，确定开关工作比，产生输出信号及反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是所说信号转换环节还具有实现方法步骤(4)所说的，将选定开关元件的导通时间及一个固定的关断时间之和存储下来，并将此时间之和转换成另一只开关元件的控制信号的功能；还有一个交流信号产生环节，其功能是产生步骤(1)所说的交流信号，该环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，该环节的输入端与信号转换环节连接。
16.根据权利要求6方法所实现的控制电路，电路包括一个误差积分环节，其功能是实现方法步骤(2)所说的计算参考信号与反馈信号的差值信号，并将此差值信号与交流信号叠加；实现步骤(3)、(4)所说的积分运算，参考信号与反馈信号与此环节的输入端连接；一个比较器环节，其功能是确定方法步骤(4)所说的，步骤(3)、(4)的积分值之和为零的时刻，并产生该时刻标志的信号，比较器环节的一个输入端与与公共地电平连接，另一个输入端与误差积分环节的输出端连接；一个信号转换环节，其功能是产生方法步骤(1)所说的，固定的导通时间及限定最大开关周期，将比较器环节的输出信号转换成控制步骤(1)选定的开关元件的控制信号，该环节的输入端与比较器输出端连接，输出端与开关电路装置连接，开关电路装置根据信号转换环节所提供的信号，确定开关工作比，产生输出信号及反馈信号，反馈信号与误差积分环节连接；其特征是所说信号转换环节还具有实现方法步骤(4)所说的，将选定开关元件的关断时间及一个固定的导通时间之和存储下来，并将此时间之和转换成另一只开关元件的控制信号的功能；还有一个交流信号产生环节，其功能是产生步骤(1)所说的交流信号，该环节的输出端与误差积分环节的输入端连接，该环节的输入端与信号转换环节连接。
全文摘要
本发明公开了一种控制开关电路装置的非线性无静差控制方法及用该方法设计的控制电路,方法的主要特征是在对误差信号进行积分运算时将交流信号与误差信号叠加,在误差信号为零条件下利用交流信号维持积分器输出;用该方法设计的控制电路由误差积分环节1、比较器环节2、信号转换环节3及交流信号产生环节4构成,电路具有简单、实用、控制精度高等特点。
文档编号G05F1/10GK1320851SQ0111584
公开日2001年11月7日 申请日期2001年5月8日 优先权日2001年5月8日
发明者李育珍, 李西铭, 李西成 申请人:李淑华