[发明专利]一种用于多模式数字开关电源的控制环路系统

摘要

一种用于多模式数字开关电源的控制环路系统，包括数字采样模块、误差产生模块、状态寄存模块、状态判断模块、误差放大模块、控制电压限定模块和多模式开关信号产生模块，数字采样模块采集被控信号并转化为数字信号Vod,状态判断模块根据状态转变的触发条件判断控制环路系统需要进入的状态值state，误差放大器根据误差信号e(n)产生控制量P(n),控制量P(n)进入控制电压限定模块，控制电压限定模块根据控制环路系统此时的状态值state和P(n)，得到相应的控制电压Vc1(n)和Vc2(n),多模式开关信号产生模块根据Vc2(n)和状态值state得到占空比信号，控制受控功率变换器开关管的导通。

主权项

一种用于多模式数字开关电源的控制环路系统，其特征在于，包括数字采样模块、误差产生模块、状态寄存模块、状态判断模块、误差放大模块、控制电压限定模块和多模式开关信号产生模块构成的控制环路系统，该控制环路系统与受控功率变换器构成闭环；在本周期受控功率变换器开关管导通期间，多模式开关信号产生模块根据控制环路系统上周期的状态值state1和上周期控制电压Vc2(n‑1)计算得到本周期开关导通时间和本周期的开关频率，然后数字采样模块采集功率变换器的输出电压信号并将其转化为数字信号Vod同时输出给误差产生模块和状态判断模块，状态判断模块先把控制环路系统上周期的状态值state1输出至状态寄存模块，然后根据此时采样的数字信号Vod和上周期控制电压Vc2(n‑1)进行本周期第一次状态判断，控制环路系统得到本周期的状态值state，误差放大模块根据本周期的状态state调节内部比例系数Kp、积分系数Ki和上周期误差放大模块的输出控制量P(n‑1)；数字信号Vod经过误差产生模块产生误差信号e(n),误差放大模块在内部Kp、Ki和P(n‑1)调整完成之后把本周期的误差信号e(n)进行放大并产生本周期控制量P(n),本周期控制量P(n)进入控制电压限定模块，控制电压限定模块根据控制环路系统本周期的状态值state和本周期控制量P(n)，得到本周期第一次输出控制电压Vc1(n)并将控制电压Vc1(n)输入到状态判断模块，状态判断模块根据本周期控制电压Vc1(n)和数字采样信号Vod进行本周期第二次状态判断，控制环路系统得到本周期状态值state，由于一个开关周期之内控制环路系统的状态只可能发生一次转变，也就是说如果第一次状态发生了变化，那么第二次肯定不会发生变化，出现这种情况的原因是根据状态发生转变的条件决定的；然后本周期第一个控制电压Vc1(n)会重新输入到控制电压限定模块，控制电压限定模块根据本周期控制环路系统的状态值state得到本周期第二次输出控制电压Vc2(n)，控制电压Vc2(n)会输入到多模式开关信号产生模块；多模式开关信号产生模块接着进行的操作就是判断本周期控制环路系统的状态值state和上周期控制环路系统的状态值state1是否相同，如果不同，则直接结束本周期，并产生受控功率变化器开关导通信号，使得受控功率变换器开关导通；如果相同，则根据本周期计算得到的开关频率值，到本周期正常结束，产生受控功率变化器开关导通信号，使得受控功率变换器开关管导通；控制环路系统中：数字采样模块用于采集功率变换器的输出电压信号并将其转化为数字信号Vod；误差产生模块包括一个减法器，用于将基准电压Vref与数字采样模块采集得到的数字信号Vod相减得到误差信号e(n)；状态寄存模块用于在每个开关周期进行状态判断之前寄存上周期的控制环路系统状态值state1；状态判断模块用于根据数字采样模块输出Vod和控制电压限定模块的输出控制电压准确跳变到本周期控制环路系统的状态值state；误差放大模块是一个增量式的PI模块，误差放大模块本周期的输出定义为本周期控制量P(n),它内部的比例系数Kp、积分系数Ki和上周期控制量P(n‑1)受到控制环路本周期状态值state调节；控制电压限定模块包括比较器、多路选择器、寄存器，控制电压限定模块根据控制环路系统本周期状态值state和本周期控制量P(n)智能选择输出控制电压，如果在一个控制环路系统状态值state中，本周期控制量P(n)高与控制电压限定模块所限定的控制电压范围，那么输出的控制电压将会是所限定控制电压范围的上限，如果在一个控制环路系统状态值state中，本周期控制量P(n)低于控制电压限定模块所限定的控制电压范围，那么输出的控制电压将会是所限定控制电压范围的下限，如果本周期控制量P(n)在控制电压限定模块所限定的控制电压范围内，那么控制电压限定模块直接把本周期控制量P(n)当成控制电压输出；多模式开关信号产生模块包括比较器、寄存器、RS触发器、PWM模块、PFM模块、DPWM模块、DPFM模块、DDPWM模块，多模式开关信号产生模块根据控制环路系统本周期状态state、控制环路系统上周期状态值state1和控制电压限定模块输出的控制电压来正确产生受控功率变换器开关管的导通信号和关断信号。