[发明专利]一种反激式开关电源数字环路补偿器

权利要求书

1.一种反激式开关电源数字环路补偿器，其特征在于，包括：

1)根据建立的flyback数学模型，数字电源S域模型设计环路补偿器并依据系统参数确定对应的补偿器的具体参数。

2)通过对伯德图和根轨迹图的比较，确定补偿器的传递函数。

3)通过增量式积分分离PID控制器的设计得到最终优化的补偿器。

2.一种反激式开关电源数字环路补偿器的设计方法，具体包括以下步骤：

步骤一：建立Flyback电路数学模型，得出交流小信号系统传输函数G_vd(s)，然后经过S域转换得出系统的传递函数。由状态空间平均法可得反激式开关电源的小信号数学模型。

小信号状态变量方程得到

由此可以得到系统传递函数

其中，

步骤二：建立数字电源系统S域模型。反激式开关电源的闭环分为几个部分：电源变压器G_p(s)，采样G_ad(s)，延迟元件G_dl(s)和DPWM发生器G_dpwm(s)。ADC的采样延迟时间已经在延迟环节里考虑，而信号调理电路和AD转换器的电压增益分别为k_v和k_ad则传递函数可以简化为：

G_ad＝k_vk_ad (3)

步骤三：数字补偿器的系统参数确定。基于系统要求的稳态和动态性能来设计数字补偿器。确定G_vd(s)、G_ad、G_dpwm和G_p(s)。反激式开关电源开环系统函数如公式5：

G_p(s)＝G_adG_dpwmG_vd(s) (5)

在根轨迹法和伯德图法的基础上通过修改线性系统的零点、极点以及增益等进行模拟补偿器的设计，以获得所需要的稳态和动态性能。为了补偿零点和调整系统的相位裕度，必须添加PID补偿器。

从加入补偿器后的系统开环波特图和根轨迹可以看出补偿器的加入改善了相位裕度，系统得到了明显的改善，但是系统的超调量过大。

PID增量算法可以得到控制变量的增量，增量式PID的Z域表达式为：

为了消除静差在PID算法中引入积分项，但是在系统启动、停止等过程中会造成系统输出有很大的过动作，采用积分分离PID算法，能够很好的改善系统的超调问题。

基本公式如下：

其中K_P为比例系数，T为采样周期，其值为1×10^-6s,K_i＝K_PT/T_I为积分系数,K_d＝K_PT_D/T为微分系数。这里采用ε＝0.7时，与(7)对比，解得K_p，T_I，T_D，进一步求得K_i，K_d。即可得到系统的传递函数。此设计提高了系统的响应时间，降低了系统的超调量。这将进一步促进开关电源的设计方法的改进。