CN103731013A - 数字电源控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种数字电源控制方法、装置及系统。数字电源控制方法，包括：采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值；对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率；对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。本发明实施例能够使功率电路的输出电压在前馈作用下获得更大的平稳度。
Description
技术领域
本发明涉及电源控制技术，尤其涉及一种数字电源控制方法、装置及系统。
背景技术
电源输出的稳定性对电路中的功率器件具有重要影响，由于反馈控制通过对偏差控制实现对多种干扰的控制，但控制滞后，前馈控制能够对反馈控制不易克服的输入干扰进行及时抑制，为保证电源输出稳定性的控制效果，电源控制系统通常同时采用反馈控制和前馈控制。
现有技术中，前馈控制通路主要包括模数转换器（Analog to DigitalConverter，简称ADC）和前馈处理模块，模数转换器采用反馈回路的采样频率对输入电压信号进行采样，即每个开关周期触发一次前馈采样，前馈控制采用开环控制，电源控制系统将前馈控制根据输入扰动计算出的控制值输入到反馈回路，通过反馈回路进行调节补偿。
这种数字电源控制系统在输入电压频率较低时能够有较好的控制效果，当输入电压变化较快时，由于前馈处理模块无法及时得到前馈通路中的采样信号，使得前馈的效果减弱，因此不利于前馈控制对输入扰动的有效抑制，从而不利于获得功率电路输出电压的平稳度。
发明内容
本发明实施例提供一种数字电源控制方法、装置及系统，用以当输入电压变化较快时，也能够使功率电路的输出电压在前馈作用下获得更大的平稳度。
本发明的第一个方面是提供一种数字电源控制方法，包括：
采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值；
对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率；
对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。
结合第一个方面的数字电源控制方法，在第一种实现方式中，对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值，具体为：
对所述第一采样值执行求倒数处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
相应地，将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，具体为：
将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行乘法运算处理。
结合第一个方面的数字电源控制方法或第一种实现方式，在第二种实现方式中，将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理之前，还包括：
采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取第二采样值；
对第二采样值进行数字滤波处理，获取与第二采样值对应的控制值。
结合第一个方面的数字电源控制方法、第一种实现方式或第二种实现方式，在第三种实现方式中，所述反馈回路偏差信号为预设参考电压与功率电路输出反馈电压的差值信号。
本发明实施例第二个方面是提供一种数字电源控制装置，包括：
第一采样模块，用于采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值；
转换处理模块，用于对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
运算处理模块，用于将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率；
调制处理模块，用于对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。
结合第二个方面的数字电源控制装置，在第一个实现方式中，所述转换处理模块，具体用于对所述第一采样值执行求倒数处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
所述运算处理模块，具体用于将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行乘法运算处理。
结合第二个方面的数字电源控制装置或第二个方面的第一个实现方式，在第二个实现方式中，该数字电源控制装置还包括：
第二采样模块，用于采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取第二采样值；
滤波处理模块，用于对第二采样值进行数字滤波处理，获取与第二采样值对应的控制值。
结合第二个方面的数字电源控制装置或第二个方面的第一个实现方式或第二个实现方式，在第三个实现方式中，所述反馈回路偏差信号为预设参考电压与功率电路输出反馈电压的差值信号。
本发明实施例第三个方面是提供一种电源系统，包括：功率电路和与所述功率电路连接的上述的数字电源控制装置，所述数字电源控制装置用于产生调制控制信号，并根据所述调制控制信号对所述功率电路进行控制。
本发明实施例通过采用第一采样频率对输入电压进行采样获取第一采样值，并对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值，由于该第一采样频率大于反馈回路中对偏差信号进行采样的第二采样频率，使得当输入电压频率较高时，前馈通路中的第一采样模块也能够及时对输入信号进行采样，及时获取前馈值，从而使根据前馈值和第二采样值对应的控制值运算获取的控制信号中能够充分反映前馈通路中获取的信息，保证用于控制功率电路的调制控制信号的占空比能够得到更快的更新，输出电压在前馈作用下获得更大的平稳度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的数字电源控制方法实施例的流程图；
图2为本发明提供的数字电源控制装置实施例一的结构示意图；
图3为本发明提供的数字电源控制装置实施例二的结构示意图；
图4为本发明提供的数字电源控制装置实施例三的结构示意图；
图5为本发明提供的一种电源系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的数字电源控制方法实施例的流程图，本实施例的方法执行主体为数字电源控制装置，本实施例的方法包括：
步骤101、采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值。
执行采样的模块可以为模数转换器（ADC）,即首先对模拟输入电压进行离散采样，之后对采样的离散值进行量化处理，获得数字信号形式的第一采样值。
步骤102、对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值。
由于前馈控制主要是对输入引入的扰动进行抑制，因此，需要对前馈通路中的第一采样值进行转换处理，以使注入反馈回路时能够抵消输入扰动。
在实际应用中可以采用对所述第一采样值执行求倒数处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；之后将前馈值与反馈回路中第二采样值对应的控制值进行乘法运算处理；也可以采用对第一采样值执行求反比反数处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值，然后将前馈值与反馈回路中第二采样值对应的控制值进行叠加运算处理；或者对第一采样值执行求正比处理，获取一个和输入电压正相关的前馈值，然后将前馈值与反馈回路中第二采样值对应的控制值进行减法运算处理。
步骤103、将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率。
所述反馈回路偏差信号为预设参考电压与功率电路输出反馈电压的差值信号，预设参考电压为被控功率电路期望输出的电压值，其与功率电路输出反馈电压的差值反映了功率电路需要被调整补偿的多少，反馈控制通过对该差值进行调整补偿以使功率电路的输出尽量趋近于预设参考电压。
为使前馈通路中获取的前馈值能够有效地对输入干扰进行抑制，即获取较好的前馈效果，本发明实施例中前馈通路中的第一采样频率大于反馈回路中用于对电路偏差信号进行采样的第二采样频率，当输入电压变化较快即输入电压频率较高时，前馈通路中的第一采样模块也能够及时对输入信号进行采样，从而及时获取用于抑制输入扰动的前馈值，由于反馈回路中第二采样频率较低，用于产生与偏差信号对应的控制值的频率较低，因此，当前馈值能够有效地反映在数字脉宽调制器输出的调制控制信号中，即调制控制信号的占空比能够得到更快的更新，从而使功率电路的前馈控制效果得到更好地体现，即输出电压在前馈作用下获得更大的平稳度。
由于前馈控制采用开环控制，其控制效果需通过反馈回路进行验证，因此，在将前馈值与反馈回路的控制值进行运算处理之前，还包括获取反馈回路控制值的过程，即包括：采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取第二采样值，以及对第二采样值进行数字滤波处理，获取与第二采样值对应的控制值，数字滤波处理能够对反馈环路起到补偿环路作用。
步骤104、对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。
数字脉宽调制器通过对含有前馈控制和反馈控制的控制信号进行脉宽调制处理，获取用于对数字电源功率电路进行控制的调制控制信号，由于该调制控制信号中携带有频率较快的前馈值，因此其输出信号的占空比更新频率也较快，从而使功率电路的前馈控制效果得到更好地体现。
本发明实施例通过采用第一采样频率对输入电压进行采样获取第一采样值，并对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值，由于该第一采样频率大于反馈回路中对偏差信号进行采样的第二采样频率，使得当输入电压频率较高时，前馈通路中的第一采样模块也能够及时对输入信号进行采样，及时获取前馈值，从而使根据前馈值和第二采样值对应的控制值运算获取的控制信号中能够充分反映前馈通路中获取的信息，保证用于控制功率电路的调制控制信号的占空比能够得到更快的更新，输出电压在前馈作用下获得更大的平稳度。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，处理器，如中央处理单元（CentralProcessing Unit，CPU），执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存储器（randomaccess memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
图2为本发明提供的数字电源控制装置实施例一的结构示意图，本实施例的数字电源控制装置包括：第一采样模块10，用于采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值；转换处理模块20，用于对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；运算处理模块30，用于将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率；调制处理模块40，用于对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。
本实施例中第一采样模块10为前馈通路中的采样模块，在实际应用中可以为ADC，其采样频率高于反馈回路中的采样模块对偏差信号进行采样的采样频率，转换处理模块20对第一采样模块10的采样值进行求倒数处理或求相反数处理，获取前馈值，运算处理模块30根据转换处理模块20执行的转换处理采取相应的运算处理方式，以对前馈值和反馈回路中偏差信号采样值对应的控制值执行运算，获取控制信号，如转换处理模块20对所述第一采样值执行求倒数处理，则运算处理模块30将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行乘法运算处理，若转换处理模块20对所述第一采样值执行求相反数处理，则运算处理模块30将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行叠加运算处理；调制处理模块40对包含有反馈控制和前馈控制的控制信号执行数字脉宽调制处理，获取用于对功率电路进行控制的调制控制信号。
本发明实施例可用于执行上述方法实施例的技术方案，其工作原理及达到的技术效果类似，在此不再详细赘述。
图3为本发明提供的数字电源控制装置实施例二的结构示意图，本实施例的数字电源控制装置在图2所示实施例的基础上，还进一步包括：第二采样模块50，用于采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取第二采样值；滤波处理模块60，用于对第二采样值进行数字滤波处理，获取与第二采样值对应的控制值，数字滤波处理能够对反馈环路起到补偿环路作用。
图4为本发明提供的数字电源控制装置实施例三的结构示意图，如图4所示，本实施例的数字电源控制装置包括CPU51、存储器52、通信接口54以及总线53，其中CPU51可用于执行上述数字电源控制方法实施例中的操作步骤，存储器52可用于存储与上述数字电源控制方法实施例中操作步骤对应的程序指令，通信接口54可用于发送或接收相应的程序指令和数据，总线53用于数字电源控制装置内部各个功能单元之间的通信。
本发明实施例还提供了一种电源系统，包括：功率电路和与所述功率电路连接的如图2至图4中任一实施例所示的数字电源控制装置，所述数字电源控制装置用于产生调制控制信号，并根据所述调制控制信号对所述功率电路进行控制。
图5为本发明提供的一种电源系统实施例的结构示意图，如图5所示，本实施例的电源系统包括产生调制控制信号的数字电源控制装置和功率电路，其中数字电源控制装置包括前馈通路和反馈回路，前馈通路包括ADC1和前馈转换电路，二者的工作周期均为Ts/N，ADC1对输入电压采用第一采样频率N/Ts进行采样，前馈转换电路采用同样的频率对采样值进行求倒数转换处理。反馈回路包括获取功率电路输出反馈信号的反馈电路、反馈信号与预设参考电压进行比较获取偏差信号的第一运算处理模块、对偏差信号采用第二采样频率1/Ts进行采样的ADC2、对ADC2采样信号进行滤波处理的数字滤波器、将前馈通路获取的前馈值与反馈回路数字滤波器输出的控制值进行乘法处理的第二运算处理模块以及将乘法处理后得到的控制信号进行数字脉宽调制处理的DPWM（Digital Pulse Width Modulation），反馈回路中第一运算处理模块、ADC2和数字滤波器的工作频率均为第二采样频率1/Ts，由于第一采样频率N/Ts为第二采样频率1/Ts为的N倍，因此DPWM的频率为N/Ts，也为反馈回路中采样频率的N倍，从而其输出的占空比更新能够被加快N倍，因此对功率电路的控制更加精确，使得功率电路的输出Y(s)更加平稳。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种数字电源控制方法，其特征在于，包括：
采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值；
对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率；
对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值，具体为：
对所述第一采样值执行求倒数处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
相应地，将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，具体为：
将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行乘法运算处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理之前，还包括：
采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取第二采样值；
对第二采样值进行数字滤波处理，获取与第二采样值对应的控制值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述反馈回路偏差信号为预设参考电压与功率电路输出反馈电压的差值信号。
5.一种数字电源控制装置，其特征在于，包括：
第一采样模块，用于采用第一采样频率对输入电压进行采样，获取第一采样值；
转换处理模块，用于对所述第一采样值进行转换处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
运算处理模块，用于将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行运算处理，获取控制信号，所述第二采样值为采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取的采样值，所述第一采样频率大于所述第二采样频率；
调制处理模块，用于对所述控制信号进行数字脉宽调制处理，获取调制控制信号，以对数字电源功率电路进行控制。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述转换处理模块，具体用于对所述第一采样值执行求倒数处理，获取用于抵消输入扰动的前馈值；
所述运算处理模块，具体用于将所述前馈值与第二采样值对应的控制值进行乘法运算处理。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
第二采样模块，用于采用第二采样频率对反馈回路偏差信号进行采样获取第二采样值；
滤波处理模块，用于对第二采样值进行数字滤波处理，获取与第二采样值对应的控制值。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述反馈回路偏差信号为预设参考电压与功率电路输出反馈电压的差值信号。
9.一种电源系统，其特征在于，包括：功率电路和与所述功率电路连接的如权利要求5至8中任一项所述的数字电源控制装置，所述数字电源控制装置用于产生调制控制信号，并根据所述调制控制信号对所述功率电路进行控制。
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