[发明专利]一种基于两级滤波器的数字比例-积分-微分补偿电路

说明书

一种基于两级滤波器的数字比例‑积分‑微分补偿电路，属于集成电路技术领域。包括级联的一阶滤波器和二阶滤波器，一阶滤波器用于产生一个零点和一个极点，其中零点低于极点；二阶滤波器用于产生两个零点和两个极点；一阶滤波器的输入端作为数字比例‑积分‑微分补偿电路的输入端，其输出端连接二阶滤波器的输入端；二阶滤波器的输出端作为数字比例‑积分‑微分补偿电路的输出端。本发明采用一阶滤波器和二阶滤波器的级联结构，一阶滤波器中的零点超前于极点，能够降低电压阶跃响应时的过冲；尤其适用于DC/DC开关电源，相比于模拟补偿控制方法来说具有控制功能更强、设计周期短、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种基于两级滤波器的数字比例-积分-微分补偿电路(Digital Proportion Integration Differentiation Compensator，DPID)，能够应用于DC-DC开关变换器中进行数字控制补偿。

背景技术

在传统的电力电子电能变换控制系统中，模拟PID(即比例-积分-微分)控制是技术最成熟、应用最广泛的控制方法，然而模拟补偿控制方法存在控制方法单一以及不能适应复杂控制的问题。随着计算机在控制领域中的推广应用，数字PID控制在现代电力电子电能变换控制系统得到了越来越广泛的应用。近年来，随着电源管理功能越来越复杂，对控制部分的要求不断提高，开关电源已经由模拟控制、模数混合控制，进入到数字控制阶段。数字控制方式抛弃了模拟控制沿用多年的运放反馈网络，代之以数字补偿电路来完成环路的补偿，具有设计周期短、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点，能实现复杂控制。

数字控制主要通过三个模块实现：模数转换器(Analog Digital Converter，ADC)、数字比例-积分-微分补偿器(Digital Proportion Integration DifferentiationCompensator，DPID)和数字脉宽调制器(Digital Pulse Width Modulator，DPWM)。其中，数字比例-积分-微分补偿器(以下简称DPID)是数字电源中的核心模块，它构成了数字电源的补偿网络。一般采用的间接设计法是在传统模拟电源研究方法的基础上，首先将数字电源简化为一个连续的线性系统，忽略了采样保持器效应后设计模拟补偿器。然后采用双线性近似(Tustin)、匹配零极点(MPZ)等方法对其离散化得到数字补偿器。DPID模块的设计直接关系到数字电源系统的输出精度、动态响应等指标。设计具有良好瞬态响应和稳态响应的DPID补偿器非常关键，也是目前DPID设计的一个难点。

为了使系统稳定，且具有良好的瞬态响应和稳态响应，需要对环路进行相位补偿，使得环路在总的开环相位延迟小于360°，相位裕度达到60°左右。电压模式Buck变换器中一般采用三型补偿，但是需要很大的电阻和电容，很难片内集成。相比于传统的三型补偿，伪三型补偿电路会减小电容和电阻面积，使片内集成成为可能，是较为理想的补偿方式。

发明内容

针对上述模拟补偿控制方法存在的控制方法单一以及不能适应复杂控制等问题，以及对数字DPID补偿的的瞬态响应和稳态响应的要求，本发明提出一种基于两级滤波器的数字比例-积分-微分补偿电路，能够降低电压阶跃响应时的过冲，产生稳定的输出，相比于模拟补偿控制方法来说，能够发挥数字信号处理器的优势，控制功能更强，具有设计周期短、控制方法灵活、可编程性、外围器件数少、先进的校正能力等优点。

本发明的技术方案为：

一种基于两级滤波器的数字比例-积分-微分补偿电路，包括：

一阶滤波器，用于产生一个零点和一个极点，其中零点低于极点；

和二阶滤波器，用于产生两个零点和两个极点；