[发明专利]使用带非线性过程模型的非线性△∑调节器的控制系统

说明书

优先权要求和相关专利申请 

本专利申请要求依据35 U.S.C.§119(e)和37 C.F.R.§1.78享有2007年5月2日递交名为“功率因数校正(PFC)控制器装置和方法”的60/915,547号美国临时专利申请的权益，其通过引用被整体纳入本专利申请。 

技术领域

一般来说，本发明涉及信号处理领域，更具体地讲，本发明涉及使用非线性Δ∑调节器的控制系统，该系统利用非线性反馈模型模拟非线性过程。 

背景技术

许多电子系统使用非线性过程产生输出信号。例如，伺服控制系统和功率转换系统等设备系统经常使用非线性过程。功率转换系统通常使用开关功率转换器将交流(AC)电压转换为直流(DC)电压或进行DC至DC转换。开关功率转换器通常包括一个非线性能量传递过程，向负载提供经过功率因数校正的能量。 

图1所示为一台设备和控制系统100，它包括有一个开关功率转换器102和一台设备104。例如，设备104是一个伺服控制系统或一个供电系统。开关功率转换器102向负载112提供恒压电源。开关功率转换 器102按照非线性过程在断续电流模式下工作。一个全二极管桥式整流器103对交流电源101提供的交流电压V_in(t)进行整流，产生经过整流的时变输入电压V_x(t)。开关功率转换器102的开关108调节经整流的时变输入电压V_x(t)通过电感器110到电容器106的能量传递。峰值输入电流i_in与开关108的‘接通时间’成正比，而传递的能量与‘接通时间’的平方成正比。因此，能量传递过程是非线性过程的一个实施例。在至少一个实施例中，控制信号C_S是一个脉冲宽度调制信号，而开关108是一个n-通道场效应晶体管，当C_S的脉冲宽度处于高电平时导通。此外，开关108的‘接通时间’是由控制信号C_S的脉冲宽度决定的。因此，传递的能量与控制信号C_S的脉冲宽度的平方成正比。二极管111防止反向电流流进电感器110。从电感器110传递来的能量储存在电容器106中。向负载112提供电流时，电容器106的电容足以保持大致恒定的电压V_C。在至少一个实施例中，开关功率转换器102是一种升压型转换器，即电压V_C比峰值输入电压V_x(t)大。 

设备和控制系统100还包括一个开关状态控制器114。开关状态控制器114产生控制信号C_S，其目的是使用开关功率转换器102将所需的能量传递到电容器106，进而传递到负载112上。所需的能量取决于负载112的电压和电流要求。为了使功率因数校正接近1，开关状态控制器114设法控制输入电流i_in，使输入电流i_in能够追踪到输入电压V_x(t)的变化，而同时保持电容器电压V_C的恒定。 

能量从电感器110传递到电容器106的过程即为一个非线性过程。峰值输入电流i_in与控制信号C_S(即开关108的‘接通’(导通)时间)的脉冲宽度成正比，而传递到电容器106的能量与控制信号C_S的脉冲宽度的平方成正比，与控制信号C_S的周期成反比。因此能量在电感器110和电容器106之间的传递过程本来就是非线性的。由于开关功率转换器102的能量传递过程是非线性的，产生保持功率校正、效率和稳定输出功率的控制信号C_S自然就更为困难。 

发明内容

在本发明的一个实施例中，信号处理系统包括一个非线性Δ∑调节器。该非线性Δ∑调节器包括一个环路滤波器、一个与环路滤波器耦合的量化器以及一个在环路滤波器和量化器之间耦合的反馈通道，其中反馈通道包括一个非线性反馈模型，该模型模拟了功率因数校正电路非线性过程的非线性。 

在本发明的另一个实施例中，一种信号处理方法使用了非线性Δ∑调节器来模拟非线性系统过程的非线性，该方法包括量化器输出信号的生成。该方法还包括将非线性函数应用到非线性Δ∑调节器反馈回路中的量化器输出信号，以产生反馈信号，其中非线性函数模拟非线性过程的非线性，并将反馈信号与非线性Δ∑调节器的输入信号结合起来，产生一个差值信号。