[实用新型]高精度数字电源控制调节器

说明书

技术领域

本实用新型涉及高精度大容量开关电源技术领域，特别是大型物理实验室所使用的加速器磁铁开关电源。

背景技术

近年来，高精度开关电源在基础科学，生物及医疗等领域发挥着越来越大的作用。国内目前已投入运行的大容量高精度电源所使用的控制调节器都是模拟产品。其硬件电路结构见图1，图1中双点划线内所表示的就是模拟高精度调节器：主要由4部分构成，分别为：

A1：高精度给定电路。常见的构成方式有两种，一种是采用高精度的模拟电压基准(一般集成电路产品)加高精度的电位器生成可调节的高精度模拟给定信号；另外一种是采用简单的数字芯片(数字信号处理器DSP或单片机)加上高精度DA(数字/模拟转换器)生成可调节的高精度模拟给定信号；

A2：高精度PID调节器或PI调节电路(P：“比例”的英文首字母，I：“积分”的英文首字母，D：“微分”的英文首字母)。A2一般为电流闭环调节器。目前的模拟高精度调节电路主要都采用高精度的集成运算放大器和高精度的电阻、电容等构成。调节电路的运算精度完全依赖于上述器件的性能；

A3：高精度PID调节器或PI调节电路。A3一般为辅助信号闭环调节器，如电压环调节器；

A4：高精度的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号生成电路。目前普遍采用国外的PWM控制器芯片，其内部集成了高精度的比较器以及高稳定的基准波发生器，如三角波发生器等。本电路单元根据功率变换器的拓扑结构不同生成1路或2路或4路PWM信号。

模拟调节器的工作流程为：A1产生的给定信号Iref与A9输出的反馈Ifd信号比较产生的误差信号e送入PID或PI调节器A2，A2的输出再与辅助反馈回路A10的的输出值比较产生辅助差值，该差值送入辅助环调节器(由PID或PI等构成)A3，经其高精度模拟调节后输出调制电压信号m，再经过A4的模拟信号处理后产生PWM信号。

上述工作流程中，除了调节器以外的高精度反馈电路，调节器内部的分立器件包括电阻、电容和模拟集成电路的器件精度和性能严重影响着电源的输出精度和一致性等。

另外，以上模拟高精度开关电源的控制及通讯必须通过另外的辅助电路或接口电路完成。所以模拟调节控制电路存在控制精度受制于器件精度与性能，产品同一性差、参数整定不方便，温度漂移广等缺点。即使是专用的模拟集成控制芯片，其外围电路所使用的分立元件仍然存在参数精度不一致和元件老化等问题。此外，模拟集成芯片还存在功耗大、集成度低、控制不够灵活和通用性不强等问题。

而且国内现有数字化电源控制调节器中，特别是在高精度电源领域，数字调节器几乎没有成型的产品。

实用新型内容

为克服现有技术的局限和不足，本实用新型提供一种专为高精度电源领域使用的高精度数字控制调节器，用数字化调控技术代替模拟控制，用以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于参数整定和变参数调节，便于通过程序软件的改变方便地调整控制方案和实现多种新型控制策略，同时减少元器件的数目、简化硬件结构，从而提高系统的可靠性，保证电源的输出精度和一致性。

为实现上述目的，采用如下技术方案：一种高精度数字电源控制调节器，主要由可编程数字信号处理器件，反馈信号转换器件组成，可编程数字信号处理器件通过其内部调节控制软件与反馈信号转换器件形成闭环连接，所述可编程数字信号处理器件中嵌入软核控制单元模块与高精度闭环调节软件模块，两者通过片内数据总线连接；所述高精度闭环调节软件模块由数字给定模块、主PID或PI运算调节器、辅助PID运算调节器、高精度PWM信号发生器、主数字反馈信号滤波器和辅助数字反馈信号滤波器等组成；其连接关系如下：

数字给定模块根据上位机控制输出片内预置的高分辨率给定信号r，和主反馈数字信号滤波器实时连续输出的主反馈信号f1进行比较后生成误差信号e1，并送入主PID或PI运算调节器；

误差信号e1经过主PID或PI运算调节器内部PID或PI数字运算后，其输出值和辅助数字反馈信号滤波器输出的辅助反馈信号f2进行比较得到误差信号e2，并送入辅助PID运算调节器；

误差信号e2经过辅助PID运算调节器内部PID数字运算后输出调制系数m，而后经过高精度PWM信号发生器生成所需要的PWM信号。