[发明专利]一种DC-DC开关电源的PID控制电路

说明书

本发明公开了一种DC‑DC开关电源的PID控制电路，属于开关电源技术领域，该控制电路包括：延时环节，误差脉冲产生环节，积分微分脉冲产生环节，移相载波产生环节和比例积分微分脉冲组合环节。本发明通过将功率电路的输出电压和载波比较后生成脉宽信号，以逻辑运算的方法实现控制策略，因而在控制电路中的信号基本上是以脉冲的形式传递，对比模拟控制，本发明电路不易受到器件参数漂移的影响，控制效果与数字控制相仿；同时电路发明中脉宽的逻辑运算都较为简单，可直接通过逻辑门实现，无需采用数字处理器，对比数字控制，其成本低廉。

技术领域

本发明属于开关电源领域，更具体地，涉及一种DC-DC开关电源的PID控制电路。

背景技术

随着科技的发展和消费水平的提高，越来越多的移动设备应用到日常生活之中，如智能手机，笔记本电脑，平板电脑，移动穿戴设备等。这些移动设备大都需要直流电源供电，因而对直流电源变换器有着较大的需求。对比线性电源，DC-DC开关电源损耗低，体积小，效率高，已得到了广泛应用。控制器设计与DC-DC开关电源的性能有很大关系，同时也在一定程度上影响着DC-DC开关电源的设计制造成本，因此具有重要的研究价值。

DC-DC开关电源的控制可以分为模拟控制和数字控制：模拟控制是用模拟器件搭建控制电路，控制策略全部由模拟电路实现，电路使用的器件性能和电路拓扑决定了控制效果的优劣。如发明专利《A proportional-integral-derivative(PID)analogcontroller and a method for testing a PID analog controller of a DC/DCconverter》，公开号EP2741408，公开日2018年5月16日，提出了一种基于DC-DC变换器的PID模拟控制，此PID模拟控制的控制回路由运算跨导放大器(OTA)和PID模拟控制器的反馈网络形成；发明专利《一种BUCK控制器和输出电压的控制方法》，公开号CN106899210B，公开日2019年2月26日，提出了一种基于Buck电路的模拟控制方式，提高了电路瞬态响应的能力。模拟控制的优点是成本低廉，因而在很多对成本要求严格的场合有重要应用。模拟控制的缺点在于器件受环境影响较大，器件的参数漂移会导致电路产生较大误差，控制效果相对较差。

数字控制是以数字处理芯片为核心的控制系统，控制策略以程序的形式存储于数字处理芯片中，只需少量的外围电路，程序即可运行从而实现所需的控制功能。如发明专利《PID based controller for DC-DC converter with post-processing filters》，公开号US2006023479，公开日2006年2月2日，提出了一种控制DC-DC变换器的数字PID控制器，该发明通过模数转换器将模拟电压转换为数字信号，再通过差分电路得到误差信号，进而用数字补偿器处理误差信号，最终得到开关控制信号；发明专利《一种Boost型DC-DC变换器的自适应控制系统》，公开号CN108539978A，公开日2018年9月14日，提出了一种Boost型DC-DC变换器的自适应控制系统，通过AD采样对Boost变换器的输出电压和电流进行采样并获取实时反馈输出电压、实时反馈输出电流发送给控制器，由控制器做出控制决策。发明专利《车载DC/DC电源数字控制装置》的，公开号CN108880267A，公开日2018年11月13日，提出了一种基于DSP的车载DC-DC电源数字控制装置。数字控制因其控制信号都是数字量因而不会因为器件的参数漂移而引起较大的误差，能同时实现PWM调制，并且电路简单。但是数字处理芯片价格较高，尤其是运算和存储要求较高的数字处理芯片价格相对模拟器件来说十分高昂，因而数字控制的成本较高。

综上，数字控制和模拟控制均有各自的优点，但也存在各自的不足之处。模拟控制的缺点在于器件受环境影响较大，器件的参数漂移会导致电路产生较大误差，控制效果相对较差。数字控制不受器件参数漂移影响；而数字处理芯片价格较高，尤其是运算和存储要求较高的数字处理芯片价格相对模拟器件来说十分高昂，因而数字控制的成本较高。

发明内容