专利名称：用于电源装置的电流环控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源装置，更具体地说，涉及一种用于电源装置的电流环控制方法及系统。
背景技术：
在通信电源模块中，通常有一种限流工作状态，即当输出电流达到设定值时，模块工作在输出电流恒定的状态。针对电源模块的限流状态，业界普遍采用单电流调节器的电流环控制系统，其原理如图1所示。
在图1所示的电流调节器101中，I-ref是电流调节器给定信号，I-det是电流采样信号，IV是电流调节器输出信号。其中的Z1I、Z2I表示电流调节器中使用的阻容单元，具体可参见图5至图10。其中，电流调节器101根据电流调节器给定信号I-ref和电流采样信号I-det实现电流调节，并输出电流调节器输出信号IV。
对于使用这种单电流调节器的电流环控制系统，当通信电源模块在处于限流工作状态时，在300-3400Hz频率段，要求通信电源的输出端电话衡重杂音等于或小于2.0mv。为了满足这一要求，必须提高电流环在300-3400Hz频率段的增益。但在提高电流环在300-3400Hz频率段的增益时，可能会提高电流环的带宽，影响电流环路的相位裕度，从而牺牲电流环的稳定性。这样，在保持电流环稳定性和提高电流环300-3400Hz频率段的增益之间就产生了相互冲突的矛盾。
图2为原始测试的电流环照片的手工绘图，在此时，电流环300-3400Hz频率段的增益无法使电话衡重杂音指标符合要求，在增益曲线过零的时候可以看到电流环路的相位裕度约为81deg。图3为提高电流环300-3400Hz频率段的增益以后的电流环照片的手工绘图，在此时，电话衡重杂音指标符合要求，但是在增益曲线过零的时候可以看到电流环路的相位裕度只有约36deg。相位裕度是衡量系统接近临界稳定状态时尚有的相位余量的指标，相位裕度越大系统的稳定性越好；反之，相位裕度越小系统的稳定性越差。从图2和3的对比中，可以看出当提高电流环300-3400Hz频率段的增益时牺牲了电流环的稳定性。
为了解决上述问题，业界普遍采用的方法是在保证电流环稳定性的基础上，在输出端口并接电容，以满足对电话衡重杂音的要求，但上述解决方法会增加产品成本。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明要用较低的成本有效地解决现有电流环控制系统存在的保持电流环稳定性与提高电流环增益之间的矛盾。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电源装置的电流环控制方法，其中包括如下步骤(1)对输出电压进行采样，得到电压采样瞬时值和电压采样平均值；(2)用所述电压采样瞬时值减去所述电压采样平均值，得到电压采样误差；(3)根据预定的电压器调节给定信号和所述电压采样误差，由电压调节器进行电压调节，并输出电流环给定信号交流分量；(4)将电流环给定信号直流分量与所述电流环给定信号交流分量相加，得到电流调节器给定信号；(5)根据电流采样信号和所述电流调节器给定信号，由电流调节器进行电流调节，以得到电流调节器输出信号。
在本发明的所述步骤(1)中，可通过对电压采样瞬时值进行滤波以得到电压采样平均值。
此外，本发明还提供一种用于电源装置的电流环控制系统，其中包括电流调节器，还包括滤波器、减法器、电压调节器以及加法器；其中，所述滤波器对电压采样瞬时值进行滤波以输出电压采样平均值；所述减法器根据所述电压采样瞬时值与电压采样平均值之差输出电压采样误差；所述电压调节器根据预定的电压器调节给定信号和所述电压采样误差实现电压调节、并输出电流环给定信号交流分量；所述加法器根据电流环给定信号直流分量与所述电流环给定信号交流分量之叠加输出电流调节器给定信号；所述电流调节器根据电流采样信号和所述电流调节器给定信号实现电流调节以得到电流调节器输出信号。
本发明中，所述电压调节器包括第一运算放大器、第一阻容单元和第二阻容单元；所述第一阻容单元接于所述加法器的输出端与所述运算放大器的负输入端之间；所述第二阻容单元接于所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间；所述第一运算放大器的正输入端用于引入所述电压器调节给定信号；所述电流调节器包括第二运算放大器、第三阻容单元和第四阻容单元；所述第三阻容单元的一端用于引入所述电流采样信号，另一端接于所述第二运算放大器的负输入端；所述第四阻容单元接于所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间；所述第二运算放大器的正输入端与所述加法器的输出端连接，输出端则输出所述电流调节器输出信号。
其中，所述第一阻容单元可包括电阻R1，第二阻容单元可包括相互串联的电阻R2和电容C1；所述第三阻容单元可包括电阻R3，第四阻容单元可包括相互串联的电阻R4和电容C2。在此基础上，还可针对各个阻容单元增加或减少电容或电阻。
由于采取了上述技术方案，本发明的电流环控制方法及系统不再单纯依靠对电流调节器的调节来解决电话衡重杂音的问题，而是通过对电流调节器以及电压调节器的调节来解决电话衡重杂音的问题。在解决电话衡重杂音的问题时，可以调节电压调节器的增益，而不必提高电流环在300-3400Hz频率段的电流调节器增益，这样就解决现有技术中存在的保持电流环稳定性和提高电流环在300-3400Hz频率段的增益之间互相矛盾的问题。而且，与业界目前普遍采用的并接电容的方案相比，这种电流环控制系统的物料成本有所降低。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1是现有技术中的单电流调节器电流环控制系统的原理图；图2是图1所示电流环控制系统在300-3400Hz频率段的电流调节器增益较低时的工作波形图；图3是将图1所示电流环控制系统的电流调节器增益提高之后的波形图；图4是本发明电流环控制系统的原理图；图5至图10分别是图4所示电流环控制系统的不同实施例的电路图。
具体实施例方式
如图4所示，本发明采用滤波器401、加法器402、电压调节器403、减法器404以及电流调节器405构成一种新型的电流环控制系统。其中的Z1I、Z2I表示电流调节器中使用的阻容单元，Z1V、Z2V表示电压调节器中使用的阻电单元，具体可参见图5至图10。图4中的IV是电流调节器输出信号，I-ref是电流调节器的给定信号，I-ref1是电流环给定信号交流分量，I-ref2是电流环给定信号直流分量，I-det是电流采样信号，V-ref是电压调节器给定信号，V-sam是电压采样瞬时值，V-avg是电压采样平均值，V-err是电压采样误差。该电流环控制系统的工作原理如下先对输出电压进行采样，采样结果定义为电压采样瞬时值V-sam；然后利用滤波器401对电压采样瞬时值V-sam进行滤波，滤波器输出的结果定义为电压采样平均值V-avg；然后利用减法器402得到电压采样瞬时值V-sam与电压采样平均值V-avg之间的电压采样误差V-err；然后用电压调节器403根据电压调节器给定信号V-ref(本信号由整个电源装置系统给定)和电压采样误差V-err实现电压调节，得到电流环给定信号交流分量I-ref1；再利用加法器404取电流环给定信号直流分量I-ref2(本信号也由整个电源装置系统给定)以及电流环给定信号交流分量I-ref1的叠加量作为电流调节器404的给定信号I-ref；最后，由电流调节器404对电流采样信号I-det进行调节，得到电流调节器输出信号IV。
与图1所示的单电流调节器101的电流环控制系统相比，本发明的电流环控制系统可以不单纯依靠对电流调节器404的调节来解决电话衡重杂音的问题，而是通过对电流调节器404以及电压调节器403的调节来解决电话衡重杂音的问题。因此，在解决电话衡重杂音的问题时，可以调节电压调节器403的增益，而不必提高电流环在300-3400Hz频率段的电流调节器增益。这样就解决了现有技术中存在的保持电流环稳定性与提高电流环在300-3400Hz频率段的增益之间的矛盾。
具体实施时，其中的滤波器401、加法器402、电压调节器403、减法器404以及电流调节器405的实现可以采用硬件电路或软件来实现。
如图5所示为本发明的一个优选实施例，其中，电压调节器中包括第一运算放大器，由电阻R1组成的第一阻容单元，以及由电阻R2及电容C1组成的第二阻容单元；电阻R1接于加法器的输出端与第一运算放大器的负输入端之间，电阻R2和电容C1串接于第一运算放大器的负输入端与输出端之间。电流调节器中包括第二运算放大器，由电阻R3组成的第三阻容单元，以及由电阻R4及电容C2组成的第四阻容单元；电阻R3的一端接于第二运算放大器的负输入端，另一端用于引入电流采样信号I-det，电阻R4和电容C3串接于第二运算放大器的负输入端与输出端之间。
如图6所示为本发明的另一个优选实施例，从图中可以看出，其中的电压调节器在图5的基础上增加了一个与电阻R1并联的电容C5；电流调节器则在图5的基础上增加了一个与电阻R3并联的电容C6。
如图7所示为本发明的另一个优选实施例，从图中可以看出，其中的电压调节器在图5的基础上增加了一个与电阻R2并联的电容C3；电流调节器则在图5的基础上增加了一个与电阻R4并联的电容C4。
如图8所示为本发明的另一个优选实施例，从图中可以看出，其中的电压调节器在图5的基础上增加了与电阻R1并联的由电阻R5和电容C5组成的串联支路，以及与电阻R2和C1的串联支路相并联的电容C3；电流调节器中则增加了与电阻R3并联的由电阻R6和电容C6组成的串联支路，以及与电阻R4和C2的串联支路相并联的电容C4。
如图9所示为本发明的另一个优选实施例，从图中可以看出，与图5相比，其电压调节器中的电阻R2和电容C1是并联关系；电流调节器中的电阻R4和电容C2也是并联关系。
如图10所示为本发明的另一个优选实施例，从图中可以看出，与图5相比，其电压调节器中少了电容C1；电流调节器则保持不变。
具体实施时，其中的第一、第二、第三、第四阻容单元还可以有其他变形。
权利要求
1.一种用于电源装置的电流环控制方法，其特征在于，包括如下步骤(1)对输出电压进行采样，得到电压采样瞬时值和电压采样平均值；(2)用所述电压采样瞬时值减去所述电压采样平均值，得到电压采样误差；(3)根据预定的电压器调节给定信号和所述电压采样误差，由电压调节器进行电压调节，并输出电流环给定信号交流分量；(4)将电流环给定信号直流分量与所述电流环给定信号交流分量相加，得到电流调节器给定信号；(5)根据电流采样信号和所述电流调节器给定信号，由电流调节器进行电流调节，以得到电流调节器输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中，通过对电压采样瞬时值进行滤波以得到电压采样平均值。
3.一种用于电源装置的电流环控制系统，包括电流调节器，其特征在于，还包括滤波器、减法器、电压调节器以及加法器；其中，所述滤波器对电压采样瞬时值进行滤波以输出电压采样平均值；所述减法器根据所述电压采样瞬时值与电压采样平均值之差输出电压采样误差；所述电压调节器根据预定的电压器调节给定信号和所述电压采样误差实现电压调节、并输出电流环给定信号交流分量；所述加法器根据电流环给定信号直流分量与所述电流环给定信号交流分量之叠加输出电流调节器给定信号；所述电流调节器根据电流采样信号和所述电流调节器给定信号实现电流调节以得到电流调节器输出信号。
4.根据权利要求3所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述电压调节器包括第一运算放大器、第一阻容单元和第二阻容单元；所述第一阻容单元接于所述加法器的输出端与所述运算放大器的负输入端之间；所述第二阻容单元接于所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间；所述第一运算放大器的正输入端用于引入所述电压器调节给定信号；所述电流调节器包括第二运算放大器、第三阻容单元和第四阻容单元；所述第三阻容单元的一端用于引入所述电流采样信号，另一端接于所述第二运算放大器的负输入端；所述第四阻容单元接于所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间；所述第二运算放大器的正输入端与所述加法器的输出端连接，输出端则输出所述电流调节器输出信号。
5.根据权利要求4所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述第一阻容单元包括电阻R1，第二阻容单元包括相互串联的电阻R2和电容C1；所述第三阻容单元包括电阻R3，第四阻容单元包括相互串联的电阻R4和电容C2。
6.根据权利要求5所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述第一阻容单元还包括与所述电阻R1并联的电容C5；所述第三阻容单元还包括与所述电阻R3并联的电容C6。
7.根据权利要求5所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述第二阻容单元还包括与所述电阻R2并联的电容C3；所述第四阻容单元还包括与所述电阻R4并联的电容C4。
8.根据权利要求5所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述第一阻容单元还包括与所述电阻R1并联的、由电阻R5和电容C5组成的串联支路；所述第二阻容单元还包括与所述电阻R2和C1的串联支路相并联的电容C3；所述第三阻容单元还包括与所述电阻R3并联的、由电阻R6和电容C6组成的串联支路；所述第四阻容单元还包括与所述电阻R4和C2的串联支路相并联的电容C4。
9.根据权利要求4所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述第一阻容单元包括电阻R1，第二阻容单元包括相互并联的电阻R2和电容C1；所述第三阻容单元包括电阻R3，第四阻容单元包括相互并串联的电阻R4和电容C2。
10.根据权利要求4所述的用于电源装置的电流环控制系统，其特征在于，所述第一阻容单元包括电阻R1，第二阻容单元包括电阻R2；所述第三阻容单元包括电阻R3，第四阻容单元包括相互串联的电阻R4和电容C2。
全文摘要
本发明涉及一种用于电源装置的电流环控制方法及系统，为解决现有电流环控制系统存在的保持电流环稳定性与提高电流环增益之间的矛盾，本发明在传统单电流调节器的基础上增设了滤波器、减法器、电压调节器以及加法器；其中，滤波器对电压采样瞬时值进行滤波，减法器用于求得滤波器所输出的电压采样平均值与瞬时值之间的电压采样误差；电压调节器根据电压器调节给定信号和电压采样误差实现电压调节并输出电流环给定信号交流分量；加法器根据电流环给定信号直流分量和交流分量之叠加输出电流调节器给定信号；电流调节器据此实现电流调节以得到电流调节器输出信号。本发明的优点是可通过对电流调节器及电压调节器的调节来使电话衡重杂音满足要求。
文档编号G05F1/00GK1838019SQ20061003430
公开日2006年9月27日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者向华, 王绪伟, 胡永辉 申请人:艾默生网络能源有限公司