[发明专利]一种复合前馈控制型滞环控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及PWM电压控制技术，尤其是涉及一种复合前馈控制型滞环控制系统。

背景技术

随着信息技术的迅猛发展，提供微处理器工作电压的供电电源VRM(voltage regulating module)的输出电压变得越来越低，输出电流越来越大，且在动态变化时要求供电电压的波动必须抑制在一个很小的范围，这样对VRM动态性能提出了较高的要求。通常，VRM最基本的控制方法是PWM电压控制，它是一种单环控制策略，其工作原理和算法简单。但是因为受到带宽的限制，其抗输入电压扰动能力和动态负载性能都比较差，尤其动态响应效果不甚理想。大信号扰动时，占空比饱和，动态过程就会变得缓慢，不适用于对动态性能要求较高的场合。比例控制电压模式结构简单，可以快速反映负载变化，但其无法在输入和负载变化下实现输出电压对期望值的稳定跟踪，系统存在稳态偏差。为此带积分补偿的电压模式控制成为实际应用中的常见结构，但积分环节的存在，使系统动态上产生滞后作用，降低了系统的动态响应，而且补偿环节设计相对复杂。电压模式控制属于传统的PID控制，其稳态误差可为零。众所周知，经典PID控制器的鲁棒性较差，这是由于PID控制是建立在系统的精确数学模型上的，对模型的依赖性强，当系统参数有较大变动时，控制效果会变差，严重时甚至会失去调节作用。在实际应用中，当一个调好参数的PID控制器被应用到模型参数时变系统时，系统的性能会变差，甚至不稳定。另外，在对PID参数进行整定的过程中，PID参数的整定值是具有一定局域性的优化值，而不是全局的最优值，因此这种控制作用无法从根本上解决动态品质和稳态精度的矛盾.传统PWM电压控制方法，必须使用运算放大器和三角载波产生电路以及其它补偿电路，这些易造成直流-直流变换器的制造成本上升，难以实现小型化和轻量化。调整相位补偿电路需要娴熟的设计技术，这一点并不容易做到。

传统型PWM电压控制方法采用的电路图如图1所示，其存在以下不足：

1.传统型PWM电压控制方法中，必须使用运算放大器和三角载波产生电路以及其它补偿电路，这些易造成直流-直流变换器的制造成本上升，难以实现小型化和轻量化。

2.运算放大器的误差特性将严重影响控制电路的性能。这样设计者在解决运算放大器的稳定问题时，必须耗费大量的时间和人力物力。

3.传统型PWM电压控制方法中调整相位补偿电路是通过误差放大器的增益和频宽改善负载变动特性，但这种方法需要娴熟的电源设计技术，并不容易做到。

4.传统PWM电压控制是建立在系统的精确数学模型上的，对模型的依赖性强，当系统参数有较大变动时，控制效果会变差，严重时甚至会失去调节作用。在实际应用中，当一个调好参数控制器被应用到模型参数时变系统时，系统的性能会变差，甚至不稳定。另外，在对参数进行整定的过程中，参数的整定值是具有一定局域性的优化值，而不是全局的最优值，因此这种控制作用无法从根本上解决动态品质和稳态精度的矛盾。

鉴于以上原因，传统型PWM电压控制方法难以满足输入输出高速瞬态响应、小型化、轻量化、低成本、高效率的技术指标。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种动态特性好、控制电路拓扑简单、成本低、效率高的复合前馈控制型滞环控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合前馈控制型滞环控制系统，包括依次连接的输入电压V_i、主开关管、滤波电路和负载R_o，所述的主开关管连接有驱动电路，还包括反馈旁路、调节电容C、滞环比较电路和前馈电路，所述的反馈旁路分别连接主开关管和负载R_o，所述的调节电容C与反馈旁路连接，所述的滞环比较电路的输入端分别连接调节电容C、前馈电路和主开关管，输出端与驱动电路连接，所述的前馈电路与输入电压V_i连接。

所述的反馈旁路包括依次连接的第一反馈调整电阻R_f、第一反馈调整电阻R和第三比例器，所述的第一反馈调整电阻R_f与负载R_o连接，所述的第三比例器与主开关管连接。