一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，所述降壓電路模塊、電壓采集模塊、PID控制模塊、補(bǔ)償模塊、PWM發(fā)生模塊依次相連接，所述電壓采集模塊的一個(gè)輸出端、補(bǔ)償模塊的輸出端分別同所述擾動(dòng)觀測器模塊相連接，所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端連接所述補(bǔ)償模塊的一個(gè)輸入端；本實(shí)用新型能夠及時(shí)調(diào)整控制信號(hào)，提高輸出電壓精確度，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。同時(shí)擾動(dòng)觀測器具有無需設(shè)置額外的采集電路，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)算量小，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電源電壓控制領(lǐng)域，特別涉及消除電源外部干擾的理論方法和實(shí) 現(xiàn)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，降壓電路廣泛應(yīng)用于車載電源、太陽能電池、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。在輸入電 壓波動(dòng)或者負(fù)載大小改變的情況下，傳統(tǒng)基于PID控制的降壓電路的輸出電壓變化較大， 且恢復(fù)到期望值附近所需的時(shí)間較長。在干擾嚴(yán)重的環(huán)境下，上述問題更為突出，難以滿足 高精度的穩(wěn)壓控制要求。該問題已經(jīng)成為目前穩(wěn)壓電源亟需解決的關(guān)鍵問題。
[0003] 擾動(dòng)觀測技術(shù)是通過將外部擾動(dòng)及模型攝動(dòng)造成的實(shí)際對象和標(biāo)稱模型（名義 模型）輸出的差異等效到控制輸入端，然后在控制中引入等效補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對干擾的抑制。從 已有文獻(xiàn)來看，擾動(dòng)觀測方法作為一種抑制擾動(dòng)的工具，在直流伺服電機(jī)控制、磁盤驅(qū)動(dòng)、 機(jī)器人、數(shù)控等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，擾動(dòng)觀測技術(shù)由于計(jì)算量小、不需要安裝額 外的傳感器等特點(diǎn)，非常適用于提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0004] 鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，將擾動(dòng)觀測技術(shù)應(yīng)用到降壓電路的控制中，不需要增加電壓或者 電流的采集節(jié)點(diǎn)，就可以很方便的消除外部擾動(dòng)對電路造成的影響。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的是當(dāng)運(yùn)行過程中遇到突變擾動(dòng)時(shí)，例如突加負(fù)載，基于PID控 制模塊的降壓電路很難保證輸出電壓跟蹤的精確性，且恢復(fù)到期望值需要較長時(shí)間，針對 上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種擾動(dòng)觀測補(bǔ)償策略及其電路實(shí)現(xiàn)，提高降壓電路的擾 動(dòng)抑制能力，使得傳統(tǒng)PID控制降壓電路輸出電壓精度更高，穩(wěn)定性更好，同時(shí)響應(yīng)速度也 得到了提升。
[0006] -種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，包括降壓電路模塊、電壓采集模塊、PID控制模塊、 補(bǔ)償模塊、PWM發(fā)生模塊、擾動(dòng)觀測器模塊；所述降壓電路模塊連接電壓采集模塊，所述電 壓采集模塊連接PID控制模塊，所述PID控制模塊連接補(bǔ)償模塊，所述補(bǔ)償模塊連接PWM發(fā) 生模塊，所述PWM發(fā)生模塊連接降壓電路模塊，所述電壓采集模塊的一個(gè)輸出端、補(bǔ)償模塊 的輸出端分別同所述擾動(dòng)觀測器模塊相連接，所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端連接所述補(bǔ)償 模塊的一個(gè)輸入端；
[0007] 所述電壓采集模塊采用高精電阻進(jìn)行分壓，調(diào)節(jié)分壓比例，使得電路穩(wěn)定后采集 電壓與基準(zhǔn)電壓相等；所述電壓采集模塊輸入端為降壓電路實(shí)際輸出電壓隊(duì)，輸出端將采 集電壓U tl分別送入PID模塊和擾動(dòng)觀測器模塊的輸入端；
[0008] 所述PID模塊用于根據(jù)基準(zhǔn)電壓UMf與采集模塊所得電壓之間的差值進(jìn)行比例放 大，積分和微分，得到控制量；所述PID模塊輸入信號(hào)為基準(zhǔn)電壓U, ef，PID將輸出電壓信號(hào) W送入補(bǔ)償模塊；
[0009] 所述擾動(dòng)觀測器模塊用以通過采集模塊所得電壓，由運(yùn)算放大器得到擾動(dòng)估計(jì) 值，并對控制量進(jìn)行補(bǔ)償；所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸入端為采集電壓Utl和控制信號(hào)u，所述 擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端將擾動(dòng)補(bǔ)償量$送入補(bǔ)償模塊；
[0010] 所述PWM發(fā)生模塊是用比較器將補(bǔ)償后的控制量與幅值5V的鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn) 生PWM波，所述PWM發(fā)生模塊輸入端為控制信號(hào)u，輸出端將PWM信號(hào)δ送入降壓電路的輸 入端。
[0011] 進(jìn)一步，所述擾動(dòng)觀測器模塊包括二階低通濾波器模塊、二階低通濾波環(huán)節(jié)與二 階微分電路串聯(lián)模塊、比較模塊；所述二階低通濾波器模塊由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路相串聯(lián)構(gòu) 成，所述二階低通濾波器模塊的輸入端與PID模塊的輸出端連接；所述第一個(gè)慣性環(huán)節(jié)電 路是將電阻R202與電容C201并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U8B的輸入負(fù)端與輸出端，再將電 阻R201 -端連接到運(yùn)算放大器U8B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U8B 的輸出端作為第一慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端，所述第二個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R204與電 容C202并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U7B的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻R203 -端連接到運(yùn) 算放大器U7B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U7B的輸出端作為二階低通 濾波器模塊的輸出端。
[0012] 所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊包括第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路、 一個(gè)比例微分電路、一個(gè)加法電路；先將第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路串聯(lián)，再與比例微分電路 串聯(lián)，將加法電路的第一個(gè)輸入端與比例微分電路的輸出端連接，加法電路的第二個(gè)輸入 端與第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路輸入端連接，并作為所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路 串聯(lián)模塊的輸入端，所述加法電路的輸出端作為所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串 聯(lián)模塊的輸出端；所述第三個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R102與電容ClOl并聯(lián)后連接到運(yùn)算 放大器U2A的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻RlOl -端連接到運(yùn)算放大器U2A的輸入負(fù)端， 作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U2A的輸出端作為第三慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端，所述 第四個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R104與電容C102并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U2B的輸入負(fù)端 與輸出端，再將電阻R103 -端連接到運(yùn)算放大器U2B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端， 運(yùn)算放大器U2B的輸出端作為慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端；所述比例微分電路是將電阻R106與 電阻R107串聯(lián)后分別連接到運(yùn)算放大器U3A的輸入負(fù)端與輸出端，再將電容C103 -端接 地，電容C103另一端連接到電阻R106與電阻R107之間，最后將電阻R105 -端與運(yùn)算放大 器U3A輸入負(fù)端連接，電阻R105的另一端與第二慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端連接；所述加法電 路由電阻R108、R109、RllO和運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成，將電阻RllO -端與運(yùn)算放大器U4B輸 出端連接，電阻RllO另一端與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，電阻R108-端作為加法電路 的第一輸入端且與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，電阻R108另一端與運(yùn)算放大器U3A輸出 端連接；電阻R109 -端作為加法電路第二輸入端且與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，所述 電阻R109另一端與電壓采集模塊的輸出端連接。
[0013] 所述比較模塊包括一個(gè)加法電路，所述比較模塊的輸入端分別與所述二階低通濾 波器模塊、二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊的輸出端連接，所述比較模塊的運(yùn) 算放大器U3A輸出端作為整個(gè)擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端；將電阻R303 -端與運(yùn)算放大器 U3B輸出端連接，電阻R303另一端與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻R301 -端作為加 法電路的第一輸入端且與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻R301另一端與運(yùn)算放大器 U7B輸出端連接；電阻R302 -端作為加法電路第二輸入端且與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連 接，電阻R302另一端與運(yùn)算放大器U4B的輸出端連接。
[0014] 進(jìn)一步，所述補(bǔ)償模塊包括運(yùn)算放大器U6A、電阻R401、電阻R402、電阻R403、電阻 R404,將擾動(dòng)觀測器所得的估計(jì)干擾值作為補(bǔ)償量，對PID控制信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，再輸出補(bǔ)償 后的控制信號(hào)；將電阻R403 -端與運(yùn)算放大器輸入正端連接，電阻R403的另一端接地；電 阻R401 -端與運(yùn)算放大器U6A輸入正端連接，電阻R401的另一端作為補(bǔ)償模塊第一輸入 端；電阻R404 -端與運(yùn)算放大器U6A輸出端連接，電阻R404的另一端與運(yùn)算放大器U6A輸 入負(fù)端連接；電阻R402-端與運(yùn)算放大器U6A輸入負(fù)端連接，電阻R402的另一端作為補(bǔ)償 模塊第二輸入端，將運(yùn)算放大器U6A輸出端作為補(bǔ)償模塊輸出端，所述補(bǔ)償模塊第一輸入 端與PID模塊輸出端連接，所述補(bǔ)償模塊第二輸入端與擾動(dòng)觀測器模塊輸出端連接。
[0015] 上述擾動(dòng)觀測器模塊和補(bǔ)償模塊的結(jié)合，通過擾動(dòng)觀測補(bǔ)償策略及其電路實(shí)現(xiàn)， 提1?降壓電路的擾動(dòng)抑制能力。
[0016] 進(jìn)一步，所述PWM發(fā)生模塊包括比較器U9A、電阻R6、電阻R7、電阻R8、受控電壓源 V3 ;將電阻R8 -端與比較器U9A輸入正端連接，電阻R8的另一端與補(bǔ)償模塊輸出端連接； 將電阻R7-端與鋸齒波信號(hào)源連接，電阻R7另一端與比較器U9A負(fù)端連接，將受控電壓源 V3輸入負(fù)端與比較器U9A芯片電源負(fù)端連接，受控電壓源V3輸入正端與比較器U9A輸出端 連接，通過比較器U9A將得到PWM信號(hào)，再將PWM信號(hào)接到受控電壓源V3的輸入端，最后將 受控電壓源V3的輸出正、負(fù)端分別與電力MOSFET的柵極G、漏極D連接。
[0017] 進(jìn)一步，所述電壓采集模塊是將高精電阻RU R2串聯(lián)后再與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，電 壓采集模塊的輸入為降壓電路輸出電壓，通過高精電阻RU R2的分壓可將降壓電路的輸出 降低到能與基準(zhǔn)電壓相匹配，從兩個(gè)高精度電阻RU R2之間引出采集模塊輸出正端，地端 作為采集模塊的輸出負(fù)端。
[0018] 進(jìn)一步，所述PID控制模塊通過一個(gè)比例積分微分電路和一個(gè)基準(zhǔn)電壓源V2來實(shí) 現(xiàn)，將電阻R5與電容C3串聯(lián)后，然后與運(yùn)算放大器UlA的輸出端和輸入負(fù)端連接；將電阻 R4與電容C2并聯(lián)后的一端與運(yùn)算放大器UlA輸入負(fù)端連接，電阻R4與電容C2并聯(lián)后的另 一端作為PID控制模塊的第一輸入端，將基準(zhǔn)電壓源V2正端與運(yùn)算放大器UlA輸入正端連 接，基準(zhǔn)電壓源V2的負(fù)端作為PID控制模塊第二輸入端，運(yùn)算放大器UlA輸出端作為PID 控制模塊輸出端。
[0019] 通過PID控制模塊的調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性更好，控制精度得到大幅度提高，同時(shí)響應(yīng)速度 也得到了提升。
[0020] 本實(shí)用新型的有益效果為：提供了一種降壓電路系統(tǒng)擾動(dòng)抑制的方法以及實(shí)現(xiàn)電 路。用于解決降壓電路運(yùn)行時(shí)遇到干擾和模型攝動(dòng)的問題。在運(yùn)行過程中，假設(shè)發(fā)生負(fù)載 大小改變，輸入電壓波動(dòng)的干擾時(shí)，可以通過干擾觀察、控制信號(hào)補(bǔ)償?shù)姆椒?，及時(shí)調(diào)整控 制信號(hào)，提高輸出電壓精確度，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。同時(shí)擾動(dòng)觀測器具有無需設(shè)置額外的采集電 路，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)算量小，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1本實(shí)用新型的降壓電路擾動(dòng)抑制控制原理框圖；
[0022] 圖2降壓電路擾動(dòng)抑制控制各模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0023] 圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0024] 圖4為擾動(dòng)觀測器原理框圖；
[0025] 圖5為擾動(dòng)觀測器模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0026] 圖6為PID控制電路原理圖；
[0027] 圖7為PWM工作波形；
[0028] 圖8為PWM工作原理。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本實(shí)用新型提供了一種降壓電路系統(tǒng)擾動(dòng)抑制的方法以及實(shí)現(xiàn)電路。為使本實(shí)用 新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用 新型。
[0030] 如圖1所示，一種降壓電路的擾動(dòng)抑制方法及其電路實(shí)現(xiàn)。將降壓電路作為廣義 對象，通過擾動(dòng)觀測器得到降壓電路外部擾動(dòng)和模型攝動(dòng)量，將其轉(zhuǎn)換為擾動(dòng)估計(jì)值，然后 對PID模塊控制信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，及時(shí)消除擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)降壓電路的抗擾動(dòng)能力。
[0031] 下面結(jié)合圖2-3詳細(xì)介紹圖1的具體實(shí)施步驟。
[0032] 如圖2-3所示，由24V直流電壓源VI，電容Cl，電感Ll，負(fù)載電阻RL，快恢復(fù)二極 管D1、電力M0SFETQ1構(gòu)成的降壓電路模塊；由高精電阻RU R2構(gòu)成的采集電路；由運(yùn)算 放大器U1A，基準(zhǔn)電壓源V2,電阻R4、R5,電容C2、C3構(gòu)成的PID控制電路；由運(yùn)算放大器 (LM358) U2A、U2B、U3A、U3B、U4B、U7B、U8B，電阻 R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、 R108、R109、R110、R201、R202、R203、R204、R301、R302、R303,電容 C101、C102、C103、C201、 C202,構(gòu)成的擾動(dòng)觀測器電路；由比較器U9A，受控電壓源V3,電阻R6、R7、R8,鋸齒波信號(hào)源 V5構(gòu)成的PWM電路。
[0033] 所述降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，包括降壓電路模塊、電壓采集模塊、PID控制模塊、 補(bǔ)償模塊、PWM發(fā)生模塊、擾動(dòng)觀測器模塊；所述降壓電路模塊連接電壓采集模塊，所述電 壓采集模塊連接PID控制模塊，所述PID控制模塊連接補(bǔ)償模塊，所述補(bǔ)償模塊連接PWM發(fā) 生模塊，所述PWM發(fā)生模塊連接降壓電路模塊，所述電壓采集模塊的一個(gè)輸出端、補(bǔ)償模塊 的輸出端分別同所述擾動(dòng)觀測器模塊相連接，所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端連接所述補(bǔ)償 模塊的一個(gè)輸入端；
[0034] 所述電壓采集模塊采用高精電阻進(jìn)行分壓，調(diào)節(jié)分壓比例，使得電路穩(wěn)定后采集 電壓與基準(zhǔn)電壓相等；所述電壓采集模塊輸入端為降壓電路實(shí)際輸出電壓隊(duì)，輸出端將采 集電壓Utl分別送入PID模塊和擾動(dòng)觀測器模塊的輸入端；
[0035] 所述PID模塊用于根據(jù)基準(zhǔn)電壓UMf與采集模塊所得電壓之間的差值進(jìn)行比例放 大，積分和微分，得到控制量；所述PID模塊輸入信號(hào)為基準(zhǔn)電壓U, ef，PID將輸出電壓信號(hào) W送入補(bǔ)償模塊；
[0036] 所述擾動(dòng)觀測器模塊用以通過采集模塊所得電壓，由運(yùn)算放大器得到擾動(dòng)估計(jì) 值，并對控制量進(jìn)行補(bǔ)償；所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸入端為采集電壓U tl和控制信號(hào)u，所述 擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端將擾動(dòng)補(bǔ)償量〖送入補(bǔ)償模塊；
[0037] 所述PWM發(fā)生模塊是用比較器將補(bǔ)償后的控制量與幅值5V的鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn) 生PWM波，所述PWM發(fā)生模塊輸入端為控制信號(hào)u，輸出端將PWM信號(hào)δ送入降壓電路的輸 入端。
[0038] 如圖3和圖5所示，所述擾動(dòng)觀測器模塊包括二階低通濾波器模塊、二階低通濾波 環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊、比較模塊；所述二階低通濾波器模塊由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路 相串聯(lián)構(gòu)成，所述二階低通濾波器模塊的輸入端與PID模塊的輸出端連接；所述第一個(gè)慣 性環(huán)節(jié)電路是將電阻R202與電容C201并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U8B的輸入負(fù)端與輸出 端，再將電阻R201 -端連接到運(yùn)算放大器U8B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算 放大器U8B的輸出端作為第一慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端，所述第二個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻 R204與電容C202并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U7B的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻R203 -端 連接到運(yùn)算放大器U7B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U7B的輸出端作為 二階低通濾波器模塊的輸出端。
[0039] 所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊包括第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路、 一個(gè)比例微分電路、一個(gè)加法電路；先將第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路串聯(lián)，再與比例微分電路 串聯(lián)，將加法電路的第一個(gè)輸入端與比例微分電路的輸出端連接，加法電路的第二個(gè)輸入 端與第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路輸入端連接，并作為所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路 串聯(lián)模塊的輸入端，所述加法電路的輸出端作為所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串 聯(lián)模塊的輸出端；所述第三個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R102與電容ClOl并聯(lián)后連接到運(yùn)算 放大器U2A的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻RlOl -端連接到運(yùn)算放大器U2A的輸入負(fù)端， 作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U2A的輸出端作為第三慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端，所述 第四個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R104與電容C102并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U2B的輸入負(fù)端 與輸出端，再將電阻R103 -端連接到運(yùn)算放大器U2B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端， 運(yùn)算放大器U2B的輸出端作為慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端；所述比例微分電路是將電阻R106與 電阻R107串聯(lián)后分別連接到運(yùn)算放大器U3A的輸入負(fù)端與輸出端，再將電容C103 -端接 地，電容C103另一端連接到電阻R106與電阻R107之間，最后將電阻R105 -端與運(yùn)算放大 器U3A輸入負(fù)端連接，電阻R105的另一端與第二慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端連接；所述加法電 路由電阻R108、R109、RllO和運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成，將電阻RllO -端與運(yùn)算放大器U4B輸 出端連接，電阻RllO另一端與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，電阻R108-端作為加法電路 的第一輸入端且與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，電阻R108另一端與運(yùn)算放大器U3A輸出 端連接；電阻R109 -端作為加法電路第二輸入端且與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，所述 電阻R109另一端與電壓采集模塊的輸出端連接。
[0040] 所述比較模塊包括一個(gè)加法電路，所述比較模塊的輸入端分別與所述二階低通濾 波器模塊、二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊的輸出端連接，所述比較模塊的運(yùn) 算放大器U3A輸出端作為整個(gè)擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端；將電阻R303 -端與運(yùn)算放大器 U3B輸出端連接，電阻R303另一端與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻R301 -端作為加 法電路的第一輸入端且與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻R301另一端與運(yùn)算放大器 U7B輸出端連接；電阻R302 -端作為加法電路第二輸入端且與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連 接，電阻R302另一端與運(yùn)算放大器U4B的輸出端連接。
[0041] 所述補(bǔ)償模塊包括運(yùn)算放大器U6A、電阻R401、電阻R402、電阻R403、電阻R404,將 擾動(dòng)觀測器所得的估計(jì)干擾值作為補(bǔ)償量，對PID控制信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，再輸出補(bǔ)償后的控 制信號(hào)；將電阻R403 -端與運(yùn)算放大器輸入正端連接，電阻R403的另一端接地；電阻R401 一端與運(yùn)算放大器U6A輸入正端連接，電阻R401的另一端作為補(bǔ)償模塊第一輸入端；電阻 R404-端與運(yùn)算放大器U6A輸出端連接，電阻R404的另一端與運(yùn)算放大器U6A輸入負(fù)端連 接；電阻R402-端與運(yùn)算放大器U6A輸入負(fù)端連接，電阻R402的另一端作為補(bǔ)償模塊第二 輸入端，將運(yùn)算放大器U6A輸出端作為補(bǔ)償模塊輸出端，所述補(bǔ)償模塊第一輸入端與PID模 塊輸出端連接，所述補(bǔ)償模塊第二輸入端與擾動(dòng)觀測器模塊輸出端連接。
[0042] 所述PWM發(fā)生模塊包括比較器U9A、電阻R6、電阻R7、電阻R8、受控電壓源V3 ;將 電阻R8-端與比較器U9A輸入正端連接，電阻R8的另一端與補(bǔ)償模塊輸出端連接；將電阻 R7 -端與鋸齒波信號(hào)源連接，電阻R7另一端與比較器U9A負(fù)端連接，將受控電壓源V3輸入 負(fù)端與比較器U9A芯片電源負(fù)端連接，受控電壓源V3輸入正端與比較器U9A輸出端連接， 通過比較器U9A將得到PWM信號(hào)，再將PWM信號(hào)接到受控電壓源V3的輸入端，最后將受控 電壓源V3的輸出正、負(fù)端分別與電力MOSFET的柵極G、漏極D連接。
[0043] 所述電壓采集模塊是將高精電阻R1、R2串聯(lián)后再與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，電壓采集模 塊的輸入為降壓電路輸出電壓，通過高精電阻RU R2的分壓可將降壓電路的輸出降低到能 與基準(zhǔn)電壓相匹配，從兩個(gè)高精度電阻R1、R2之間引出采集模塊輸出正端，地端作為采集 模塊的輸出負(fù)端。
[0044] 所述PID控制模塊通過一個(gè)比例積分微分電路和一個(gè)基準(zhǔn)電壓源V2來實(shí)現(xiàn)，將電 阻R5與電容C3串聯(lián)后，然后與運(yùn)算放大器UlA的輸出端和輸入負(fù)端連接；將電阻R4與電 容C2并聯(lián)后的一端與運(yùn)算放大器UlA輸入負(fù)端連接，電阻R4與電容C2并聯(lián)后的另一端作 為PID控制模塊的第一輸入端，將基準(zhǔn)電壓源V2正端與運(yùn)算放大器UlA輸入正端連接，基 準(zhǔn)電壓源V2的負(fù)端作為PID控制模塊第二輸入端，運(yùn)算放大器UlA輸出端作為PID控制模 塊輸出端。
[0045] 本實(shí)用新型的裝置的工作原理為：
[0046] 按照圖3所示的電路原理圖，所述電壓采集模塊中，采用分壓的方式構(gòu)成采集 模塊，通過這種方式可以提高采集范圍。根據(jù)用戶所需電壓U 1，和基準(zhǔn)電壓UMf，按照
【權(quán)利要求】
1. 一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，其特征在于：包括降壓電路模塊、電壓采集模塊、 PID控制模塊、補(bǔ)償模塊、PWM發(fā)生模塊、擾動(dòng)觀測器模塊；所述降壓電路模塊連接電壓采集 模塊，所述電壓采集模塊連接PID控制模塊，所述PID控制模塊連接補(bǔ)償模塊，所述補(bǔ)償模 塊連接PWM發(fā)生模塊，所述PWM發(fā)生模塊連接降壓電路模塊，所述電壓采集模塊的一個(gè)輸出 端、補(bǔ)償模塊的輸出端分別同所述擾動(dòng)觀測器模塊相連接，所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端 連接所述補(bǔ)償模塊的一個(gè)輸入端； 所述電壓采集模塊采用高精電阻進(jìn)行分壓，調(diào)節(jié)分壓比例，使得電路穩(wěn)定后采集電壓 與基準(zhǔn)電壓相等；所述電壓采集模塊輸入端為降壓電路實(shí)際輸出電壓隊(duì)，輸出端將采集電 壓Utl分別送入PID模塊和擾動(dòng)觀測器模塊的輸入端； 所述PID模塊用于根據(jù)基準(zhǔn)電壓UMf與采集模塊所得電壓之間的差值進(jìn)行比例放大， 積分和微分，得到控制量；所述PID模塊輸入信號(hào)為基準(zhǔn)電壓UMf，PID將輸出電壓信號(hào)w送 入補(bǔ)償模塊； 所述擾動(dòng)觀測器模塊用以通過采集模塊所得電壓，由運(yùn)算放大器得到擾動(dòng)估計(jì)值，并 對控制量進(jìn)行補(bǔ)償；所述擾動(dòng)觀測器模塊的輸入端為采集電壓Utl和控制信號(hào)u，所述擾動(dòng) 觀測器模塊的輸出端將擾動(dòng)補(bǔ)償量?送入補(bǔ)償模塊； 所述PWM發(fā)生模塊是用比較器將補(bǔ)償后的控制量與幅值5V的鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn)生 PWM波，所述PWM發(fā)生模塊輸入端為控制信號(hào)u，輸出端將PWM信號(hào)δ送入降壓電路的輸入 端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，其特征在于：所述擾動(dòng)觀 測器模塊包括二階低通濾波器模塊、二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊、比較模 塊； 所述二階低通濾波器模塊由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路相串聯(lián)構(gòu)成，所述二階低通濾波器模塊 的輸入端與PID模塊的輸出端連接；所述第一個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R202與電容C201 并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U8B的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻R201 -端連接到運(yùn)算放大器 U8B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U8B的輸出端作為第一慣性環(huán)節(jié)電路 的輸出端，所述第二個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R204與電容C202并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器 U7B的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻R203 -端連接到運(yùn)算放大器U7B的輸入負(fù)端，作為慣性 環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U7B的輸出端作為二階低通濾波器模塊的輸出端； 所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊包括第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路、一個(gè) 比例微分電路、一個(gè)加法電路；先將第三、第四慣性環(huán)節(jié)電路串聯(lián)，再與比例微分電路串聯(lián)， 將加法電路的第一個(gè)輸入端與比例微分電路的輸出端連接，加法電路的第二個(gè)輸入端與第 三、第四慣性環(huán)節(jié)電路輸入端連接，并作為所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模 塊的輸入端，所述加法電路的輸出端作為所述二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊 的輸出端；所述第三個(gè)慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R102與電容ClOl并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器 U2A的輸入負(fù)端與輸出端，再將電阻RlOl -端連接到運(yùn)算放大器U2A的輸入負(fù)端，作為慣 性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放大器U2A的輸出端作為第三慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端，所述第四個(gè) 慣性環(huán)節(jié)電路是將電阻R104與電容C102并聯(lián)后連接到運(yùn)算放大器U2B的輸入負(fù)端與輸出 端，再將電阻R103 -端連接到運(yùn)算放大器U2B的輸入負(fù)端，作為慣性環(huán)節(jié)的輸入端，運(yùn)算放 大器U2B的輸出端作為慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端；所述比例微分電路是將電阻R106與電阻 R107串聯(lián)后分別連接到運(yùn)算放大器U3A的輸入負(fù)端與輸出端，再將電容C103 -端接地，電 容C103另一端連接到電阻R106與電阻R107之間，最后將電阻R105 -端與運(yùn)算放大器U3A 輸入負(fù)端連接，電阻R105的另一端與第二慣性環(huán)節(jié)電路的輸出端連接；所述加法電路由電 阻R108、R109、RllO和運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成，將電阻RllO -端與運(yùn)算放大器U4B輸出端連 接，電阻RllO另一端與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，電阻R108-端作為加法電路的第一 輸入端且與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，電阻R108另一端與運(yùn)算放大器U3A輸出端連 接；電阻R109 -端作為加法電路第二輸入端且與運(yùn)算放大器U4B輸入負(fù)端連接，所述電阻 R109另一端與電壓采集模塊的輸出端連接； 所述比較模塊包括一個(gè)加法電路，所述比較模塊的輸入端分別與所述二階低通濾波器 模塊、二階低通濾波環(huán)節(jié)與二階微分電路串聯(lián)模塊的輸出端連接，所述比較模塊的運(yùn)算放 大器U3A輸出端作為整個(gè)擾動(dòng)觀測器模塊的輸出端；將電阻R303 -端與運(yùn)算放大器U3B輸 出端連接，電阻R303另一端與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻R301 -端作為加法電路 的第一輸入端且與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻R301另一端與運(yùn)算放大器U7B輸出 端連接；電阻R302 -端作為加法電路第二輸入端且與運(yùn)算放大器U3B輸入負(fù)端連接，電阻 R302另一端與運(yùn)算放大器U4B的輸出端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，其特征在于：所述補(bǔ)償模塊 包括運(yùn)算放大器U6A、電阻R401、電阻R402、電阻R403、電阻R404,將擾動(dòng)觀測器所得的估 計(jì)干擾值作為補(bǔ)償量，對PID控制信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，再輸出補(bǔ)償后的控制信號(hào)；將電阻R403 - 端與運(yùn)算放大器輸入正端連接，電阻R403的另一端接地；電阻R401 -端與運(yùn)算放大器U6A 輸入正端連接，電阻R401的另一端作為補(bǔ)償模塊第一輸入端；電阻R404-端與運(yùn)算放大器 U6A輸出端連接，電阻R404的另一端與運(yùn)算放大器U6A輸入負(fù)端連接；電阻R402 -端與運(yùn) 算放大器U6A輸入負(fù)端連接，電阻R402的另一端作為補(bǔ)償模塊第二輸入端，將運(yùn)算放大器 U6A輸出端作為補(bǔ)償模塊輸出端，所述補(bǔ)償模塊第一輸入端與PID模塊輸出端連接，所述補(bǔ) 償模塊第二輸入端與擾動(dòng)觀測器模塊輸出端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，其特征在于：所述PWM發(fā)生 模塊包括比較器U9A、電阻R6、電阻R7、電阻R8、受控電壓源V3 ;將電阻R8 -端與比較器 U9A輸入正端連接，電阻R8的另一端與補(bǔ)償模塊輸出端連接；將電阻R7 -端與鋸齒波信號(hào) 源連接，電阻R7另一端與比較器U9A負(fù)端連接，將受控電壓源V3輸入負(fù)端與比較器U9A芯 片電源負(fù)端連接，受控電壓源V3輸入正端與比較器U9A輸出端連接，通過比較器U9A將得 到PWM信號(hào)，再將PWM信號(hào)接到受控電壓源V3的輸入端，最后將受控電壓源V3的輸出正、 負(fù)端分別與電力MOSFET的柵極G、漏極D連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，其特征在于：所述電壓采集 模塊是將高精電阻R1、R2串聯(lián)后再與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，電壓采集模塊的輸入為降壓電路輸 出電壓，通過高精電阻RU R2的分壓可將降壓電路的輸出降低到能與基準(zhǔn)電壓相匹配，從 兩個(gè)高精度電阻Rl、R2之間引出采集模塊輸出正端，地端作為采集模塊的輸出負(fù)端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降壓電路的擾動(dòng)抑制裝置，其特征在于：所述PID控制 模塊通過一個(gè)比例積分微分電路和一個(gè)基準(zhǔn)電壓源V2來實(shí)現(xiàn)，將電阻R5與電容C3串聯(lián) 后，然后與運(yùn)算放大器UlA的輸出端和輸入負(fù)端連接；將電阻R4與電容C2并聯(lián)后的一端與 運(yùn)算放大器UlA輸入負(fù)端連接，電阻R4與電容C2并聯(lián)后的另一端作為PID控制模塊的第 一輸入端，將基準(zhǔn)電壓源V2正端與運(yùn)算放大器UlA輸入正端連接，基準(zhǔn)電壓源V2的負(fù)端作 為PID控制模塊第二輸入端，運(yùn)算放大器UlA輸出端作為PID控制模塊輸出端。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK204190596SQ201420537998
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】丁世宏, 王加典, 黃振躍, 馬莉, 姬偉, 趙德安 申請人:江蘇大學(xué)