CN107659131A - 一种降低电源纹波的电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种降低电源纹波的电路及方法。该降低电源纹波的电路，包括控制电路和采样电路两部分，电网电压分别连接到控制电路和采样电路；所述控制电路包括电压环路控制器，谐振积分器及其反馈回路，所述谐振积分及其反馈回路连接在电压环路控制器输出端；所述采样电路包括带通滤波器，过零比较器，锁相环，计数器N和AD采样电路，所述带通滤波器，过零比较器，锁相环和AD采样电路依次串联，所述计数器N与锁相环并联。该降低电源纹波的电路及方法，最大限度的消除了电路纹波，避免了电流控制中电流信号检测困难，容易受干扰的问题，保证了服务器电源电路的稳定，进而保证了服务器的工作性能。

Description

一种降低电源纹波的电路及方法
技术领域
本发明涉及电源电压控制技术领域，特别涉及一种降低电源纹波的电路及方法。
背景技术
电源是服务器工作的根本，电源的工作性能和技术指标直接关系到服务器的运行装填。而纹波的问题一直是电源处理的关键，电源DCDC输出电压中的纹波一般是高频毛刺叠加在低频100Hz的纹波上面，而此100Hz的纹波主要来源于PFC直流母线上功率脉动造成的直流电压的波动。所以，消除此纹波是电源可以稳定工作的关键。
针对消除纹波的方法，通常用的都是输入电压前馈控制，比较常见的是电流模式控制法。该方法可以把对象化为一阶系统，电压环控制器的设计简单，可以比较好的消除输入电压扰动的影响。
但是电压前馈控制的方法，电流检测信号很弱，电流环境容易受到高频噪声的影响。另一个方面，输出电压环的带宽较低，负载扰动恢复时间较慢。
基于此，本发明设计了一种降低电源纹波的电路及方法。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的降低电源纹波的电路及方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种降低电源纹波的电路，其特征在于：包括控制电路和采样电路两部分，电网电压分别连接到控制电路和采样电路；所述控制电路包括电压环路控制器，谐振积分器及其反馈回路，所述谐振积分及其反馈回路连接在电压环路控制器输出端；所述采样电路包括带通滤波器，过零比较器，锁相环，计数器N和AD采样电路，所述带通滤波器，过零比较器，锁相环和AD采样电路依次串联，所述计数器N与锁相环并联。
所述电压环路控制器采用PI控制器。
所述锁相环型号为CD4046。
所述采样电路精确计算电网频率，进而得到谐振积分器的传递函数，并根据得到的谐振积分器的传递函数对控制电路中的谐振积分器进行调整；同时所述谐振积分器的反馈回路不改变电压环路控制器的相位裕度和幅值裕度，在环路带宽保持不变的情况下，只增大100Hz处的开环增益即可。
电网电压接入采样电路后，先通过带通滤波器得到正弦波，然后通过过零比较器得到方波，方波频率为f；方波经锁相环处理后得到频率fs，锁相环和计数器N得到电网频率W，进而得到谐振积分器的传递函数。
所述谐振积分器的传递函数为：
其中，W为电网频率，Ts为周期时间，Z为离散值。
WTs计算公式如下：
其中，f为方波频率，fs为经锁相环处理后得到方波频率，π为圆周率。
本发明的有益效果是：该降低电源纹波的电路及方法，最大限度的消除了电路纹波，避免了电流控制中电流信号检测困难，容易受干扰的问题，保证了服务器电源电路的稳定，进而保证了服务器的工作性能。
附图说明
附图1为本发明控制系统示意图。
附图2为本发明基于谐振积分器降低电源纹波的测试流程示意图。
附图3为未加谐振积分器的波形检测结果示意图。
附图4为本发明增加谐振积分器后的波形检测结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该降低电源纹波的电路及方法，包括控制电路和采样电路两部分，电网电压分别连接到控制电路和采样电路；所述控制电路包括电压环路控制器，谐振积分器及其反馈回路，所述谐振积分及其反馈回路连接在电压环路控制器输出端；所述采样电路包括带通滤波器，过零比较器，锁相环，计数器N和AD采样电路，所述带通滤波器，过零比较器，锁相环和AD采样电路依次串联，所述计数器N与锁相环并联。
所述电压环路控制器采用PI控制器。
所述锁相环型号为CD4046。
所述采样电路精确计算电网频率，进而得到谐振积分器的传递函数，并根据得到的谐振积分器的传递函数对控制电路中的谐振积分器进行调整；同时所述谐振积分器的反馈回路不改变电压环路控制器的相位裕度和幅值裕度，在环路带宽保持不变的情况下，只增大100Hz处的开环增益即可。
电网电压接入采样电路后，先通过带通滤波器得到正弦波，然后通过过零比较器得到方波，方波频率为f；方波经锁相环处理后得到频率fs，锁相环和计数器N得到电网频率W，进而得到谐振积分器的传递函数。
所述谐振积分器的传递函数为：
其中，W为电网频率，Ts为周期时间，Z为离散值。
WTs计算公式如下：
其中，f为方波频率，fs为经锁相环处理后得到方波频率，π为圆周率。
该降低电源纹波的电路及方法，通过增加谐振积分器可以最大限度的消除电路纹波，避免电流控制中电流信号检测困难，容易受干扰的问题。同时，将控制对象化为一阶系统进行测试设计，极大的简化了电路的复杂结构。
通过附图3和附图4的对比可以看出，加入谐振积分器后，波形的相位裕度和幅值裕度都没有影响，只增大了100Hz处的开环增益，起到了纹波抑制效果。

Claims (7)

1.一种降低电源纹波的电路，其特征在于：包括控制电路和采样电路两部分，电网电压分别连接到控制电路和采样电路；所述控制电路包括电压环路控制器，谐振积分器及其反馈回路，所述谐振积分及其反馈回路连接在电压环路控制器输出端；所述采样电路包括带通滤波器，过零比较器，锁相环，计数器N和AD采样电路，所述带通滤波器，过零比较器，锁相环和AD采样电路依次串联，所述计数器N与锁相环并联。
2.根据权利要求1所述的降低电源纹波的电路，其特征在于：所述电压环路控制器采用PI控制器。
3.根据权利要求1所述的降低电源纹波的电路，其特征在于：所述锁相环型号为CD4046。
4.根据权利要求1所述的降低电源纹波的电路控制方法，其特征在于：所述采样电路精确计算电网频率，进而得到谐振积分器的传递函数，并根据得到的谐振积分器的传递函数对控制电路中的谐振积分器进行调整；同时所述谐振积分器的反馈回路不改变电压环路控制器的相位裕度和幅值裕度，在环路带宽保持不变的情况下，只增大100Hz处的开环增益即可。
5.根据权利要求4所述的降低电源纹波的电路控制方法，其特征在于：电网电压接入采样电路后，先通过带通滤波器得到正弦波，然后通过过零比较器得到方波，方波频率为f；方波经锁相环处理后得到频率fs，锁相环和计数器N得到电网频率W，进而得到谐振积分器的传递函数。
6.根据权利要求4或5所述的降低电源纹波的电路控制方法，其特征在于：所述谐振积分器的传递函数为：
<mfrac> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>S</mi> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>cos</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>WT</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>Z</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <msup> <mi>Z</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mi>cos</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>WT</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>Z</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac>
其中，W为电网频率，Ts为周期时间，Z为离散值。
7.根据权利要求6所述的降低电源纹波的电路及方法，其特征在于：WTs计算公式如下：
<mrow> <msub> <mi>WT</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <mo>*</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>*</mo> <mfrac> <mi>f</mi> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，f为方波频率，fs为经锁相环处理后得到方波频率，π为圆周率。
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