[发明专利]基于数字式delta-sigma与PID的双环控制方法及高精度交流电流源

说明书

本发明公开了一种数字式delta‑sigma控制方法、双环控制方法及高精度交流电流源，属于开关电源领域，双环控制方法中的外环PID控制为：对目标采样点采样解码及数字PID调节；内环delta‑sigma控制为：对采样点处进行delta‑sigma型AD采样，得到单比特数据流，该数据流的位数达到M位时完成解码，并在每新增加一位时对最新M位数据进行滤波解码，得到有效采样值，内环控制将采样值与数字PID器的输出值的差值并进行积分、量化得到控制信号来控制开关电路。滤波算法简化后降低了时延。delta‑sigma型ADC噪声整形功能可保证采样数据在中低频段准确性，其在高频段的误差由积分器滤除，解决了现有数字式delta‑sigma控制采样速度低、时延大、精度低的问题。双环控制可有效地提高系统的控制精度与响应速度。

技术领域

本发明属于开关电源领域，更具体地，涉及一种数字式delta-sigma控制方法、双环控制方法及高精度交流电流源。

背景技术

高精度交流电源在精密制造、精密测量和医疗领域中有着重要应用。其中，开关电源的死区误差、输出滤波器产生的误差等导致其难以实现高精度。目前传统的高精度PWM型电流源采取模拟式控制，移植性差，存在一定的设计难度。此外，音频领域模拟式的delta-sigma调制可以有效抑制死区以实现高精度交流电源，但是模拟式控制在功率较大时容易受干扰而影响精度，且移植性差，存在一定的设计难度。

数字式的delta-sigma调制对采样要求很高，需高速度以获取死区等误差，需低时延以提高环路稳定性并使得环路可运行在较高开关频率来保证带宽，需高精度以控制环路获取数据的准确。现有的采样方案，通常采取误差补偿方式，或者降低波形精度要求，采样调理电路设计复杂并且精度不高，特别的考虑到采样隔离要求，目前采样方案还存在着功率级限制。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种数字式delta-sigma控制方法、双环控制方法及高精度交流电流源，其目的在于解决现有数字式delta-sigma控制中采样速度低、时延大、精度低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数字式delta-sigma控制方法，包括：S1，对待调节电路目标采样点处的信号进行delta-sigma型AD采样，得到单比特的数据流；S2，当所述数据流的位数达到M位时，对所述M位数据流进行滤波解码，得到一有效数据点，M为解码所需数据流的位数；S3，所述数据流的个数每新增加一个，对当前最新采样得到的M位数据流进行滤波解码，得到相应的有效数据点；S4，对各所述有效数据点进行积分，并对积分后的结果进行量化以转化为控制信号；S5，根据所述控制信号控制所述待调节电路，使得所述目标采样点处的信号等于预期信号。

更进一步地，所述S2和S3中利用sinc3滤波解码函数对所述M位数据流进行滤波解码，且滤波过程中所用数据流的位数在1-50之间。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基于数字式delta-sigma与PID的双环控制方法，包括：S1′，对待调节电路目标采样点处的信号依次进行采样、解码及数字PID调节后输出；S2′，对所述待调节电路目标采样点处的信号进行delta-sigma型AD采样以得到单比特的数据流，当所述数据流的位数达到M位时，对所述M位数据流进行滤波解码以得到一有效数据点，之后每采样得到一数据流时，对当前最新采样得到的M位数据流进行滤波解码，得到相应的有效数据点，M为解码所需数据流的位数；S3′，对各所述有效数据点与数字PID调节后输出的信号之间的差值进行积分、量化以转化为控制信号；S4′，根据所述控制信号控制所述待调节电路，使得所述目标采样点处的信号等于预期信号。