CN113253604B - 环路增益补偿控制电路及方法、驱动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种环路增益补偿控制电路及方法、驱动控制系统及方法，所述环路增益补偿控制电路包括增益补偿电路、反馈控制电路及输出控制电路；增益补偿电路用以根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，将误差信号进行增益补偿后输出至反馈控制电路；增益补偿电路对误差的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化；反馈控制电路接收所述增益补偿电路输出的信号，并对接收的信号进行设定处理；反馈控制电路的输出端耦接输出控制电路；输出控制电路用以根据反馈控制电路输出的信号调整输出的反馈信号及输出信号，输出控制电路将输出的反馈信号输送至所述增益补偿电路。本发明可通过调节量补偿环路增益，自适应系统对噪声干扰的抑制。
Description
技术领域
本发明属于电子电子电路技术领域，涉及一种控制电路，尤其涉及一种环路增益补偿控制电路及方法、驱动控制系统及方法。
背景技术
图1、图2揭示了现有LED可调光(DIMMING)恒流驱动系统的组成，如图1、图2所示，基准量受调节量控制，产生内部基准量(通常内部基准量＝基准量*调节量)，输出的反馈量和内部基准量比较后，送入负反馈比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative，以下简称PID)控制系统，PID控制系统输出结果送入输出控制单元对输出量和反馈量做调整，最终使反馈量稳定在基准量*调节量。
如图3、图4所示，从信号系统观点分析，PID控制及输出控制等效为前馈传递函数A(s)和反向传递函数G(s)形成的系统。前馈传递函数A(s)和反向传递函数G(s)的乘积称为开环传递函数H(s)。开环传递函数H(s)对直流信号(s＝0)的增益量，称为开环传递函数的直流增益(以下简称增益)，也称为开环系统的环路增益。
通常调节量只能调节基准量，不影响系统的开环传递函数H(s)(只改变信号量，不改变系统特性，即不会改变系统的开环传递函数)。由此可见，系统开环传递函数的直流增益固定，无法调整。
噪声对输出动态响应的影响分析如下：输入噪声量n0(这里n0看成冲击响应：只在足够短的时间内起作用的信号)，它对输出y影响随时间变化的波形如图5所示。输入噪声量n0到来瞬间，输出y上会瞬时响应出Ao*n的增量，再随着系统负反馈的作用，输入噪声量n0对输出y的影响逐渐抑制直到消失；整体波形呈现为输入噪声量n0引起输出y上面的毛刺尖峰(如图5所示)。
其中，反馈系统在稳定状态下的输出量y＝d*x/G0，定义信噪比SNR＝d*x/n，则干扰毛刺尖峰的相对量ε＝A0*n/y＝(A0*G0)/SNR。其中，x为基准量，y为输出量，d为调节量，n0为系统的等效输入噪声量，A0为前馈直流增益，G0为反馈直流增益。
由此引入的问题是，在LED照明使用时，对于A0*G0固定的系统，当调节量d较大时，信噪比足够大，ε足够小，也即干扰的毛刺相对整个输出量是小量。依靠人眼的掩蔽效应(多个信号且能量差别较大时，人眼只接受最大能量的信号，同时拒绝接受能量较弱的信号)，干扰毛刺被自动屏蔽。然而，随着调节量d减小，信噪比SNR＝d*x/n0也在减小。干扰毛刺尖峰的相对量ε越来越大，噪声和信号的能量相当，同时被人眼接收，会引起视觉上的不适。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的控制方式，以便克服现有控制方式存在的上述至少部分缺陷。
发明内容
本发明提供一种环路增益补偿控制电路及方法、驱动控制系统及方法，可通过调节量补偿环路增益，自适应系统对噪声干扰的抑制。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种环路增益补偿控制电路，所述环路增益补偿控制电路包括：
增益补偿电路，用以接收基准信号、调节信号、反馈信号，并根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，对所述误差信号进行增益补偿输出至一反馈控制电路；所述增益补偿电路对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化；
反馈控制电路，用以接收所述增益补偿电路输出的信号，并对接收的信号进行设定处理；以及
输出控制电路，用以根据所述反馈控制电路输出的信号调整输出的反馈信号及输出信号，所述输出控制电路将输出的反馈信号输送至所述增益补偿电路。
作为本发明的一种实施方式，所述增益补偿电路用以根据基准信号的基准量及调节信号的调节量的积REF*DIM与反馈信号的反馈量CS生成误差信号，将误差信号进行增益补偿后输出至所述反馈控制电路；其中，REF为基准量，DIM为调节量。
作为本发明的一种实施方式，所述增益补偿电路包括乘法器、误差放大器及增益补偿单元；
所述乘法器的输入端分别接收基准信号及调节信号，所述乘法器的输出端耦接所述误差放大器的第一输入端；
所述误差放大器的第二输入端接收反馈信号，所述误差放大器的输出端耦接所述增益补偿单元的输入端；所述增益补偿单元的输入端还耦接调节信号，所述增益补偿单元的输出端耦接所述反馈控制电路的输入端。
作为本发明的一种实施方式，所述增益补偿单元包括AD转换器。
作为本发明的一种实施方式，增益补偿量与所述调节信号的调节量正方向变化指：增益补偿量与所述调节信号的调节量正相关或部分正相关；
增益补偿量与所述调节信号的调节量正相关指：增益补偿量随着调节信号的调节量的增加而增加，随着调节信号的调节量的减小而减小；
增益补偿量与所述调节信号的调节量部分正相关指：当调节信号的调节量增加设定幅度时，增益补偿量才增加预设值；当调节信号的调节量减小设定幅度时，增益补偿量才减小预设值。
作为本发明的一种实施方式，增益补偿量随调节量正方向变化或部分正方向变化，调节量减小过程中，毛刺相对量被补偿；调节量增大时，通过减小输入噪声量来降低增益补偿量。
作为本发明的一种实施方式，所述输出控制电路用以调整根据所述反馈控制电路输出的信号调整所述反馈信号及输出信号，最终使反馈信号的反馈量稳定在基准量*调节量。
作为本发明的一种实施方式，所述反馈控制电路包括PID电路，用以对其设定输入数据进行比例积分放大处理。
根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种驱动控制系统，包括上述的环路增益补偿控制电路。
根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种环路增益补偿控制方法，所述环路增益补偿控制方法包括：接收基准信号、调节信号、反馈信号，并根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，对所述误差信号进行增益补偿后输出；对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化。
作为本发明的一种实施方式，所述环路增益补偿控制方法进一步包括：接收增益补偿后的信号，并对接收的信号进行设定处理；根据经过设定处理的信号调整输出的反馈信号及输出信号。
作为本发明的一种实施方式，所述增益补偿电路根据基准信号的基准量及调节信号的调节量的积与反馈信号的反馈量生成误差信号，对误差信号进行增益补偿后输出。
作为本发明的一种实施方式，所述环路增益补偿控制方法进一步包括：根据经过所述设定处理的信号调整输出的反馈信号及输出信号，使反馈信号的反馈量最终稳定在基准量*调节量。
根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种驱动控制方法，包括上述的环路增益补偿控制方法。
本发明的有益效果在于：本发明提出的环路增益补偿控制电路及方法、驱动控制系统及方法，可通过调节量补偿环路增益，自适应系统对噪声干扰的抑制。
附图说明
图1为现有LED驱动电路的组成示意图。
图2为现有LED驱动电路的电路示意图。
图3为现有PID控制电路等效的传递函数组成的示意图。
图4为现有PID控制电路的电路示意图。
图5为现有PID控制电路的输出量随时间变化的波形图。
图6为本发明一实施例中环路增益补偿控制电路的组成示意图。
图7为本发明一实施例中环路增益补偿控制电路的电路示意图。
图8为本发明一实施例中环路增益补偿控制电路的增益补偿原理示意图。
图9为本发明一实施例中环路增益补偿控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。
本发明揭示了一种环路增益补偿控制电路，图6、图7揭示了本发明一实施例中环路增益补偿控制电路的组成；请参阅图6、图7，所述环路增益补偿控制电路包括：增益补偿电路1、反馈控制电路2及输出控制电路3。
所述增益补偿电路1的输入端分别耦接基准信号、调节信号、反馈信号，用以根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，将误差信号进行增益补偿后输出至所述反馈控制电路2；所述增益补偿电路1对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化。
所述反馈控制电路2的输入端耦接所述增益补偿电路的输出端，用以接收所述增益补偿电路1输出的信号，并对接收的信号进行设定处理；所述反馈控制电路2的输出端耦接所述输出控制电路3。在本发明的一实施例中，所述反馈控制电路2包括PID电路，用以对其设定输入数据进行比例积分放大处理。
所述输出控制电路3的输入端耦接所述反馈控制电路2的输出端，所述输出控制电路3用以根据所述反馈控制电路2输出的信号调整输出的反馈信号及输出信号，所述输出控制电路3将输出的反馈信号输送至所述增益补偿电路1。在一实施例中，所述输出控制电路3用以调整根据所述反馈控制电路2输出的信号调整所述反馈信号及输出信号，最终使反馈信号的反馈量CS稳定在基准量REF*调节量DIM。
在本发明的一实施例中，所述增益补偿电路1用以将基准信号的基准量REF及调节信号的调节量DIM的积REF*DIM与反馈信号的反馈量CS的误差或误差的放大信号经过增益补偿P后输出至所述反馈控制电路2；其中，REF为基准量，DIM为调节量，CS为反馈量,P为增益补偿(受控于调节量DIM)。在一实施例中，反馈量CS/基准量REF可以不指定为电压量或者电流量；DIM可以不指定为模拟量或数字量，虚线框部分P为增益补偿。在一实施例中，增益补偿电路1可以由乘法器、误差放大器、比例电流镜、或者数模和模数转换器等组成。
请参阅图7，在本发明的一实施例中，所述增益补偿电路1包括乘法器11、误差放大器12及增益补偿单元13。所述乘法器11的输入端分别接收基准信号及调节信号，所述乘法器11的输出端耦接所述误差放大器12的第一输入端。所述误差放大器12的第二输入端接收反馈信号，所述误差放大器12的输出端耦接所述增益补偿单元13的输入端；所述增益补偿单元13的输入端还耦接调节信号，所述增益补偿单元13的输出端耦接所述反馈控制电路2的输入端。在一实施例中，所述增益补偿单元13包括AD转换器(如图8所示)。
在本发明的一实施例中，增益补偿量与所述调节信号的调节量正方向变化指：增益补偿量与所述调节信号的调节量正相关或部分正相关。增益补偿量与所述调节信号的调节量正相关指：增益补偿量随着调节信号的调节量的增加而增加，随着调节信号的调节量的减小而减小。增益补偿量与所述调节信号的调节量部分正相关指：当调节信号的调节量增加设定幅度时，增益补偿量才增加预设值；当调节信号的调节量减小设定幅度时，增益补偿量才减小预设值。例如，可以设定调节量每增加10个单位，增益补偿量才增加1个单位；当然，增益补偿量随调节量变化的区间也可以是不固定的，如可以设定：调节量在100～120个单位之间，增益补偿量为15个单位；调节量在120～130个单位之间，增益补偿量为16个单位；调节量在130～160个单位之间，增益补偿量为18个单位。
在本发明的一实施例中，增益补偿量随调节量正方向变化或部分正方向变化，调节量减小过程中，毛刺相对量被补偿；调节量增大时，通过减小输入噪声量n/x来降低增益补偿量。
在本发明一种使用场景下，误差放大器将REF*DIM和CS的误差(可指误差的放大信号)输出，经过增益补偿P后进入PID电路(反馈控制电路2)，反馈量CS最终稳定在REF*DIM。其中，增益补偿P随调节量DIM正方向变化(增益补偿P与调节量DIM可以是正相关；也可以是部分正相关，比如调节量DIM小于某值后，增益补偿P再减小)。增益补偿P用于放大或缩小输入信号；增益补偿P的输出信号作为PID电路的数据，进行比例积分放大处理；在一实施例中，比例积分放大处理可以是乘以指定系数后累加，系数由PID电路提供。此外，PID电路可以使用固定时钟。
现有方案中，毛刺相对量ε＝A0*n/y＝(A0*G0)*(n/x)*[1/d]。
本发明一实施例中，毛刺相对量ε＝A0*P(d)*n/y＝(A0*G0)*(n/x)*[P(d)/d]。可以将增益补偿单元看成比例单元；现有方案中固定增益为1，在一实施例中，增益补偿为P(d)。
具体的，增益补偿P(d)随调节量d正方向变化，调节量d减小过程中，毛刺相对量被补偿，从而不会增加太多。从而使得系统对噪声的干扰能力不至于随着调节量d的变化而下降。调节量d增大时，增益补偿P(d)的作用越来越微弱，主要是靠减小输入噪声量n/x来降低增益补偿P(d)。从而满足在整个调节量d的变化范围内，输出量动态响应满足设计的需求。
图8为本发明一实施例中环路增益补偿控制电路的增益补偿原理示意图；请参阅图8，在本发明的一实施例中，增益补偿的输入为基准量REF和反馈量CS的误差放大信号，可以为模拟量；增益补偿的输出为PID电路的输入，可以为模拟量，也可以为数字量。在一实施例中，增益补偿的输出为数字量。
在一实施例中，增益补偿的作用为将输入转换为相应的数字量，转换关系受DIM信号控制，增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化，增益补偿的传递函数(输出量比上输入量)随d正方向变化。
请继续参阅图8，在一实施例中，调节量DIM改变A/D转换器的VREF基准，使其随调节量DIM正方向变化，从而实现自适应控制：增益补偿P的输出随调节量d正方向变化，数学表达式为DO＝VIN/VREF(d)*2^N；这里VREF(d)受调节量d即调节量DIM的控制。其中，理想N位或N比特位A/D转换器的输入输出关系为：DO＝VIN/VREF*2^N。D0为A/D转换器的输出量，VIN为A/D转换器的输入量，N为A/D转换器的转换比特位数。
在本发明的一实施例中，增益补偿电路1与反馈控制电路2可以独立存在，增益补偿电路1也可以作为反馈控制电路2的一部分。
本发明揭示一种驱动控制系统，包括上述的环路增益补偿控制电路。在一实施例中，所述驱动控制系统可以用来驱动设定用电设备(如LED灯等)。
本发明还揭示一种环路增益补偿控制方法，所述环路增益补偿控制方法包括：接收基准信号、调节信号、反馈信号，并根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，对所述误差信号进行增益补偿后输出；对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化。
图9为本发明一实施例中环路增益补偿控制方法的流程图；请参阅图9，在本发明的一实施例中，所述环路增益补偿控制方法包括：
【步骤S1】增益补偿电路接收基准信号、调节信号、反馈信号，并根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，对所述误差信号进行增益补偿后输出；对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化。
在一实施例中，所述增益补偿电路将基准信号的基准量及调节信号的调节量的积REF*DIM与反馈信号的反馈量CS的误差经过增益补偿后输出至所述反馈控制电路。
【步骤S2】反馈控制电路接收经过增益补偿的信号，并对接收的信号进行设定处理后输送至输出控制电路。在一实施例中，反馈控制电路对接收的信号进行比例积分放大处理。
【步骤S3】输出控制电路根据所述反馈控制电路输出的信号调整输出的反馈信号及输出信号，所述输出控制电路将输出的反馈信号输送至所述增益补偿电路。在一实施例中，所述输出控制电路根据所述反馈控制电路输出的信号调整输出的反馈信号及输出信号，使反馈信号的反馈量最终稳定在基准量REF*调节量DIM。
本发明进一步揭示一种驱动控制方法，包括上述的环路增益补偿控制方法。在一实施例中，所述驱动控制方法可以用来驱动设定用电设备(如LED灯等)。
综上所述，本发明提出的环路增益补偿控制电路及方法、驱动控制系统及方法，可通过调节量补偿环路增益，自适应系统对噪声干扰的抑制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (13)
1.一种环路增益补偿控制电路，其特征在于，所述环路增益补偿控制电路包括：
增益补偿电路，用以接收基准信号、调节信号、反馈信号，并根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，对所述误差信号进行增益补偿输出至一反馈控制电路；所述增益补偿电路对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化，即增益补偿量与调节信号的调节量正相关或部分正相关；增益补偿量与调节信号的调节量正相关指：增益补偿量随着调节信号的调节量的增加而增加，随着调节信号的调节量的减小而减小；增益补偿量与调节信号的调节量部分正相关指：当调节信号的调节量增加设定幅度时，增益补偿量增加预设值；当调节信号的调节量减小设定幅度时，增益补偿量减小预设值；
反馈控制电路，用以接收所述增益补偿电路输出的信号，并对接收的信号进行设定处理；以及
输出控制电路，用以根据所述反馈控制电路输出的信号调整输出的反馈信号及输出信号，所述输出控制电路将输出的反馈信号输送至所述增益补偿电路。
2.根据权利要求1所述的环路增益补偿控制电路，其特征在于：
所述增益补偿电路用以根据基准信号的基准量及调节信号的调节量的积REF*DIM与反馈信号的反馈量CS生成误差信号，将误差信号进行增益补偿后输出至所述反馈控制电路；其中，REF为基准量，DIM为调节量。
3.根据权利要求1或2所述的环路增益补偿控制电路，其特征在于：
所述增益补偿电路包括乘法器、误差放大器及增益补偿单元；
所述乘法器的输入端分别接收基准信号及调节信号，所述乘法器的输出端耦接所述误差放大器的第一输入端；
所述误差放大器的第二输入端接收反馈信号，所述误差放大器的输出端耦接所述增益补偿单元的输入端；所述增益补偿单元的输入端还耦接调节信号，所述增益补偿单元的输出端耦接所述反馈控制电路的输入端。
4.根据权利要求3所述的环路增益补偿控制电路，其特征在于：
所述增益补偿单元包括AD转换器。
5.根据权利要求1所述的环路增益补偿控制电路，其特征在于：
增益补偿量随调节量正方向变化或部分正方向变化，调节量减小过程中，毛刺相对量被补偿；调节量增大时，通过减小输入噪声量来降低增益补偿量。
6.根据权利要求1所述的环路增益补偿控制电路，其特征在于：
所述输出控制电路用以调整根据所述反馈控制电路输出的信号调整所述反馈信号及输出信号，最终使反馈信号的反馈量稳定在基准量*调节量。
7.根据权利要求1所述的环路增益补偿控制电路，其特征在于：
所述反馈控制电路包括PID电路，用以对其设定输入数据进行比例积分放大处理。
8.一种驱动控制系统，其特征在于：包括权利要求1至7任一所述的环路增益补偿控制电路。
9.一种环路增益补偿控制方法，其特征在于，所述环路增益补偿控制方法包括：接收基准信号、调节信号、反馈信号，并根据基准信号、调节信号及反馈信号生成误差信号，对所述误差信号进行增益补偿后输出；对误差信号的增益补偿量与所述调节信号的调节量呈正方向变化，即增益补偿量与调节信号的调节量正相关或部分正相关；增益补偿量与调节信号的调节量正相关指：增益补偿量随着调节信号的调节量的增加而增加，随着调节信号的调节量的减小而减小；增益补偿量与调节信号的调节量部分正相关指：当调节信号的调节量增加设定幅度时，增益补偿量增加预设值；当调节信号的调节量减小设定幅度时，增益补偿量减小预设值。
10.根据权利要求9所述的环路增益补偿控制方法，其特征在于：
所述环路增益补偿控制方法进一步包括：接收增益补偿后的信号，并对接收的信号进行设定处理；根据经过设定处理的信号调整输出的反馈信号及输出信号。
11.根据权利要求9所述的环路增益补偿控制方法，其特征在于：
所述增益补偿电路根据基准信号的基准量及调节信号的调节量的积与反馈信号的反馈量生成误差信号，对误差信号进行增益补偿后输出。
12.根据权利要求9所述的环路增益补偿控制方法，其特征在于：
所述环路增益补偿控制方法进一步包括：根据经过所述设定处理的信号调整输出的反馈信号及输出信号，使反馈信号的反馈量最终稳定在基准量*调节量。
13.一种驱动控制方法，其特征在于：包括权利要求9至12任一所述的环路增益补偿控制方法。
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