[发明专利]一种快速瞬态响应的数字开关变换器及其控制方法

摘要

一种具有快速瞬态响应能力的数字开关变换器，包括Buck型开关变换器功率级主拓扑结构、A/D采样转换单元、预测控制单元、模糊PID控制单元、DPWM单元和驱动单元。A/D采样转换单元分别采样开关变换器的模拟输出电压值和模拟电感电流值，将模拟信号转换成数字信号；预测控制单元根据A/D采样数字信号值结合Buck型开关变换器主拓扑结构预测下一开关周期输出电压值；模糊PID控制单元根据输出电压误差值和输出电压误差偏差值确定开关周期的占空比值，DPWM单元和驱动单元根据占空比值输出相应的PWM驱动开管变换器的功率管的开关状态来调节输出电压值。

主权项

一种快速瞬态响应的数字开关变换器，其特征在于：设有Buck型开关变换器功率级主拓扑结构、分压单元、第一、第二两个A/D采样转换单元、预测控制单元、模糊PID控制单元、数字脉宽调制单元和驱动单元，其中两个A/D采样转换单元与预测控制单元连接，预测控制单元与模糊PID控制单元连接，模糊PID控制单元与数字脉宽调制单元连接，数字脉宽调制单元与驱动单元连接；Buck型开关变换器功率级主拓扑结构包括NMOS管Q1、PMOS管Q2、电感L、电容C和输出负载电阻R，NMOS管Q1的漏极与输入电压Vin的正端连接，NMOS管Q1的源极和衬底与PMOS管Q2的漏极以及电感L的一端连接在一起，电感L的另一端与电容C的一端、第二A/D采样转换单元的输入端以及输出负载电阻R的一端连接在一起，输出负载电阻R的另一端、电容C的另一端以及PMOS管Q2的源极与输入电压Vin的负端连接在一起并接地；分压单元包括两个电阻R1及R2，R1的一端连接第二A/D采样转换单元的输入端，R1的另一端串联电阻R2，电阻R2的另一端连接输入电压Vin的负端，电阻R1与R2的串联端与第一A/D采样转换单元的输入端连接；第一、第二A/D采样转换单元的输出端分别连接预测控制单元的两个输入端，预测控制单元的输出信号和参考电压Vref分别连接比较器的两个输入端，比较器输出e[k+1]及Δe[k+1]两个输出信号；模糊PID控制单元包括模糊控制单元和PID控制单元，模糊控制单元的输入端连接比较器输出的e[k+1]及Δe[k+1]两个信号，模糊控制单元输出Kp、Ki和Kd三个信号，分别连接至PID控制单元的输入端，PID控制单元输出离散占空比信号d[k]连接至数字脉宽调制单元的输入端，数字脉宽调制单元输出连续的占空比信号d[t]连接至驱动单元的输入端，驱动单元的输出端分别连接主拓扑结构中NMOS管Q1及PMOS管Q2的栅极。