提高瞬态响应的数字电源控制器设计

摘要

数字控制器是数字电源系统中的核心部分，它负责控制系统的响应速度和系统的稳定性。数字控制器因为具有可靠性高、设计灵活、性能可优化、设计周期短等特点，使数字电源广泛应用于工业、信息、交通、教育等各个领域。
　　本文设计了一款提高瞬态响应的数字电源控制器。首先介绍了数字电源系统的工作原理，分析了功率级、ADC和DPWM三个子模块的基本原理和模型的建立。然后通过Matlab中的SISO工具设计了基本数字PID控制器，并进一步对改进结构控制器进行了设计。改进结构控制器是PD控制和PID控制组成的混合控制器，PD控制部分没有积分系数，能加快动态响应速度，PID控制部分具有高相位裕度特征，能降低超调量，缩短稳定时间。根据输入控制器的误差信号范围，在改进结构控制器中设定阈值，当输入误差范围大于阈值时使用PD控制，当输入误差范围小于等于阈值则使用高相位裕度的PID控制，经过这两种控制方式的调节，实现了数字电源瞬态响应速度的提高。
　　改进结构控制器在Simulink中得到建模并进行了系统仿真，同时改进结构控制器得到HDL代码实现，并进行了ModelSim与Simulink的协同仿真，仿真结果显示:输入电压3.3V，输出电压1.5V，开关频率1MHz，改进结构系统在负载减小时瞬态响应时间为27μs，在负载增加时瞬态响应时间为18μs，达到了设计指标要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 数字电源研究现状

1．3 论文工作内容及设计指标

1．4 论文的组织结构

第二章 数字电源系统原理及子模块设计

2．1 数字电源基本原理

2．1．1 工作原理

2．1．2 数字电源存在的效应

2．2 功率级电路设计

2．2．1 基本原理

2．2．2 电感与电容选择

2．3 ADC模块

2．4 DPwM模块

2．5 本章小结

第三章 数字控制器设计与仿真

3．1 基本数字PID控制器设计

3．1．1 PID设计模型

3．1．2 数字控制器参数确定

3．1．3 数字控制器的实现

3．2 数字控制器改进结构设计

3．2．1 改进结构原理

3．2．2 改进结构建模

3．3 数字控制器仿真

3．4 本章小结

第四章 数字电源控制器验证

4．1 数字控制器改进结构HDL实现

4．2 数字电源的Modelsim与simulink协同仿真验证

4．3 改进结构系统联合仿真结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者简介与研究成果