[发明专利]PWM数字电源的共用积分项PID双闭环控制器

说明书

本发明公开了PWM数字电源的共用积分项PID双闭环控制器，包括双闭环PID控制模块，其误差模块用于分别测算每个采样周期的电压误差和电流误差，并分别传输给比例项计算模块、微分项计算模块、积分项计算模块；比例项计算模块用于测算采样周期的电压环比例项和电流环比例项；微分项计算模块用于测算采样周期的电压环微分项和电流环微分项；积分项计算模块用于根据采样周期的电压环比例项与电流环比例项的大小，对共用积分项的积分因子进行赋值，并根据积分因子计算共用积分项的值；通过输出模块测算出电压环或电流环的调节量输出，通过PWM控制DC/DC电源。本发明有效避免了PWM数字开关电源出现过冲现象，动态特性好，频率带宽高。

技术领域

本发明涉及数字开关电源领域，特别涉及PWM数字电源的共用积分项PID双闭环控制器。

背景技术

随着大量的电力及电子设备的应用，所有的电力及电子设备都离不开可靠的电源；PWM数字开关电源与人们的工作和生活关系日益密切。对于储能设备而言，电源输出的电压和电流过冲会损坏储能设备(如蓄电池和超级电容等)的内部结构，导致储能设备容量下降或循环寿命缩短。

现有的PWM数字开关电源系统普遍采用电压和电流双闭环控制，将采样得到的输出电压和电流作为反馈信号，实现闭环控制，达到输出稳压、限流和保护等多种功能。数字开关电源的电压和电流双闭环控制主要有两种：第一种为电压和电流独立的PID控制，即输出的电压和电流经采样并与设定参考值比较后，分别获得电压和电流的误差信号，再经过分别独立的PID电路输出PWM调节信号，以达到恒流稳压的闭环控制目的；第二种为电压外环+电流内环控制方式，将电压环调节器的输出作为电流环调节器的输入给定，但电压环和电流环仍然是分别采用独立的PID算法来实现调节和控制。

在电压环和电流环分别独立的PID控制模式下，其电压和电流PID模型相互独立，互不影响，以输出调节量较小的调节器输出作为控制信号，两个环路相互切换调节。在电源系统处于恒压模式时，电压环的PID调节器工作，假设采样电流小于设定目标参考电流，此时电流环比较器的输出为正，PID调节器积分项将持续累加直至达到最大限幅值，若调节过程中电源输出负载发生波动，在系统切入限流模式时，由于电流环PID调节器积分项的作用，系统响应时间延长，导致电源输出电流过冲，影响电源及后级设备正常工作。同理，在电源系统从恒流模式切换到恒压模式时，由于电压环PID调节器积分项的作用，系统输出电压也将出现过冲，切换过程的动态性能较差，调节器不连续。

在电压外环+电流内环控制模式中，电压环的输出作为电流环的给定，在电源系统处于恒压模式时，电压环起主要调节作用，但内环电流环也同时参与调节。当电源从恒压模式切入到恒流模式时，电压环退出调节，但电压环的积分运算还在继续，将最终达到积分最大限幅值，电流环则以最大给定值工作，但整个过程电流环持续参与调节，因此不会出现电流过冲。但是当电源系统再次从恒流模式切换到恒压模式时，由于之前电压环PID调节器积分项的作用，系统输出电压将会出现过冲，进而影响电源性能。相比电压电流分别独立的PID控制模式，电压外环+电流内环控制模式能够避免恒压转恒流模式时的电流过冲，但其电压调节器建立在电流调节器的基础上，电压环延迟时间长，动态特性差，频率带宽低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有PWM数字开关电源控制所导致的电压、电流过冲，以及动态特性差、频率带宽低等问题，提供一种有效避免电压、电流过冲，动态特性好，频率带宽高的PWM数字电源的共用积分项PID双闭环控制器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

PWM数字电源的共用积分项PID双闭环控制器，包括双闭环PID控制模块，所述双闭环PID控制模块包括误差模块、比例项计算模块、微分项计算模块、积分项计算模块、输出模块；