CN109739290B - 一种输入电压数字前馈方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输入电压数字前馈方法及电路，方法包括：采集实现数字前馈的相关参数，基于相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。本发明能够解决在输入电压变化时，稳定补偿电压，从而使反馈环路不动作的情况下，直接稳定输出电压，提升了系统的稳定性和可靠性。

Description

一种输入电压数字前馈方法及电路

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种输入电压数字前馈方法及电路。

背景技术

在传统的电压控制模式下，如果没有输入电压前馈功能，当输入电压升高时，则输出电压也会跟着升高，然后通过反馈环路起作用，将补偿电压变低，使占空比变小，从而达到减小输出电压的功能；当输入电压变低时，会有同样的现象，只不过变化与电压升高时相反。由此可以看出，这样由于反馈环路参与控制会使输出电压发生过冲或跌落。

因此，如何解决在输入电压变化时，稳定补偿电压，从而使反馈环路不动作的情况下，直接稳定输出电压，提升系统的稳定性和可靠性，是一项亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种输入电压数字前馈方法，能够解决在输入电压变化时，稳定补偿电压，从而使反馈环路不动作的情况下，直接稳定输出电压，提升了系统的稳定性和可靠性。

本申请提供了一种输入电压数字前馈方法，包括：

采集实现数字前馈的相关参数；

基于所述相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。

优选地，所述采集实现数字前馈的相关参数包括：

采集输入电压值；

采集输出电压值和/或采集补偿电压值。

优选地，所述基于所述相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压包括：

将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值；

将所述补偿电压值与所述缩放后的输入电压值相减，得到新的补偿电压值；

使用所述新的补偿电压值与周期值进行占空比计算，得到新的占空比值；

基于所述新的占空比值稳定输出电压。

优选地，所述将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值包括：

将采集到的所述输入电压值进行线性缩放或非线性缩放，得到缩放后的输入电压值。

优选地，所述采集补偿电压值包括：

通过环路补偿电压采样电路采样补偿电压值；

或基于所述输出电压值，通过数字环路补偿算法计算得到所述补偿电压值。

一种输入电压数字前馈电路，包括：

采样模块，用于采集实现数字前馈的相关参数；

控制模块，用于基于所述相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。

优选地，所述采样模块包括：

输入电压采样电路，用于采集输入电压值；

输出电压采样电路，用于采集输出电压值；和/或环路补偿电压采样模块，用于采集补偿电压值。

优选地，所述控制模块在基于所述相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压时，具体用于：

将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值；

将所述补偿电压值与所述缩放后的输入电压值相减，得到新的补偿电压值；

使用所述新的补偿电压值与周期值进行占空比计算，得到新的占空比值；

基于所述新的占空比值稳定输出电压。

优选地，所述控制模块在将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值时，具体用于：

将采集到的所述输入电压值进行线性缩放或非线性缩放，得到缩放后的输入电压值。

优选地，所述环路补偿电压采样模块包括：

环路补偿电压采样电路，用于采样补偿电压值；

或

环路计算模块，用于基于所述输出电压值，通过数字环路补偿算法计算得到所述补偿电压值。

综上所述，本发明公开了一种输入电压数字前馈方法，包括：采集实现数字前馈的相关参数，然后基于相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。本发明能够解决在输入电压变化时，稳定补偿电压，从而使反馈环路不动作的情况下，直接稳定输出电压，提升了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本发明公开的一种输入电压数字前馈方法实施例1的流程图；

图2为本发明公开的一种输入电压数字前馈方法实施例2的流程图；

图3为本发明公开的一种输入电压数字前馈电路实施例1的示意图；

图4为本发明公开的一种输入电压数字前馈电路实施例2的示意图；

图5为本发明公开的数字前馈功能原理示意图；

图6为本发明公开的数字前馈功能时序图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，为本发明公开的一种输入电压数字前馈方法实施例1的流程图，所述方法可以包括以下步骤：

S101、采集实现数字前馈的相关参数；

当在电压控制模式下，需要稳定输出电压时，首先采集能够实现数字前馈功能的相关参数。如，通过能反映输入电压变化的输入电压采样电路采集输入电压值，能反映输出电压变化的输出电压采样电路采集输出电压值，或控制环路补偿电压采样电路采集补偿电压值。需要说明的是，在稳定输出电压时，在某些情况下，可以只使用输入电压采样电路和环路补偿电压采样电路的组合，而在某些情况下，可以只使用输入电压采样电路和输出电压采样电路的组合，或者同时使用输入电压采样电路、输出电压采样电路和环路补偿电压采样电路。

S102、基于相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。

当采集到能够实现数字前馈功能的相关参数后，进一步根据采集到的相关参数，采用能够实现数字前馈功能的相关数字算法实现稳定输出电压。

综上所述，在上述实施例中，输入电压数字前馈方法，包括：采集实现数字前馈的相关参数，然后基于相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。本发明能够解决在输入电压变化时，稳定补偿电压，从而使反馈环路不动作的情况下，直接稳定输出电压，提升了系统的稳定性和可靠性。

如图2所示，为本发明公开的一种输入电压数字前馈方法实施例2的流程图，所述方法可以包括以下步骤：

S201、采集输入电压值；

当在电压控制模式下，需要稳定输出电压时，通过输入电压采样电路采样输入电压值Vin。需要说明的是输入电压值Vin可以是经过滤波后的采样值，也可以是采样完成后进行数字滤波，也可以是不经过滤波的瞬时值。

S202、采集输出电压值；

同时，通过输出电压采样电路采样输出电压值Vout。需要说明的是输出电压值Vout可以是经过滤波后的采样值，也可以是采样完成后进行数字滤波，也可以是不经过滤波的瞬时值。

S203、采集补偿电压值；

同时，采样得到补偿电压值Comp。需要说明的是，在采样得到补偿电压值Comp时，可以直接通过环路补偿电压采样电路采样得到，也可以通过采样输出电压值Vout，再通过环路计算模块采用数字环路补偿算法计算得到。需要说明的是补偿电压值Comp可以是经过滤波后的采样值，也可以是采样完成后进行数字滤波，也可以是不经过滤波的瞬时值。需要说明的是，补偿环路算法包括但不限于：比例积分算法、比例积分微分算法、两极点两零点算法，或三极点三零点算法等。

S204、将采集到的输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值；

如图5所示，当采集到输入电压值Vin后，将采集到的输入电压值Vin进行缩放，得到缩放后的输入电压值Vin'。需要说明的是，在将采集到的输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值时，可以采用将采集到的输入电压值进行线性缩放或非线性缩放，得到缩放后的输入电压值的方式。其中，缩放方法包括但不限于线性缩放和非线性缩放。其中，非线性缩放包括：折线缩放、阶梯缩放、指数缩放、双曲线缩放、抛物线缩放等。

S205、将补偿电压值与缩放后的输入电压值相减，得到新的补偿电压值；

如图5所示，然后将采样得到的补偿电压值Comp，或环路计算模块中通过环路计算得到的补偿电压值Comp，与缩放后的输入电压Vin'相减，得到新的补偿电压值Comp'。

S206、使用新的补偿电压值与周期值进行占空比计算，得到新的占空比值；

如图5所示，然后使用新的补偿电压值Comp'与周期值period进行占空比计算得到新的占空比值Duty。需要说明的是，新的补偿电压值Comp'可以参与计算占空比，也可以用来参与计算周期值或相位，或者其它可以调节输出电压值Vout的参数。其具体的调压参数取决于电源硬件使用的调压方式。当输入电压升高时，采样得到的输入电压进行缩放值也变大，补偿电压值Comp减去的值也变大，因此新的补偿电压值Comp'变小，导致最终计算的占空比变小，从而稳定输出电压；当输入电压降低时，情况相反。如果电源采用变频调压，或相位调压方案，也可以通过周期/相位计算得到新的周期值Period或相位值Phase等，或采用其它调压方式实现稳压的方案。

下面结合时序图6进行详细过程说明。当输入电压值Vin不变时，缩放后的输入电压值Vin'也不变，输出电压值Vout在达到稳态后不变，即补偿电压值Comp也不变，这时由于缩放后的输入电压值Vin'和补偿电压值Comp都不变，所以新的补偿电压值Comp'也不变，占空比值Duty就不变，此时整个系统处于稳态工作状态，如图6中4和5两个周期所示。如果由于某个原因导致输入电压值Vin升高，则缩放后的输入电压值Vin'会在输入电压值Vin升高的瞬间变大，而此时由于输出电压值Vout还未跟随输入电压值Vin变大，则补偿电压值Comp不变，由于Comp'＝Comp-Vin'，因此缩放后的输入电压值Vin'变大导致新的补偿电压值Comp'直接减小，新的补偿电压值Comp'变小又会导致占空比计算的占空比值Duty直接减小，从而在补偿电压值Comp不变的情况下，直接稳定输出电压值Vout。由于此工作过程在工作时不需要补偿环路的参与，所以系统对于输入电压值Vin的响应非常快，且不影响系统稳定性。

S207、基于新的占空比值稳定输出电压。

需要说明的是，在上述控制过程中，控制芯片包括DSP、MCU、DSC、复杂可编程逻辑器件CPLD，或现场可编程门阵列FPGA。

综上所述，当加入输入电压前馈功能时，输入电压升高，将输入电压升高的分量引入到周期三角波中，这样在输入电压的升高时，周期三角波的斜率变陡峭，在环路补偿电压不变的情况下，可以直接将占空比减小，从而稳定输出电压；当输入电压降低时，周期三角波的斜率变缓慢，在环路补偿电压不变的情况下，可以直接将占空比放大，从而稳定输出电压。

如图3所示，为本发明公开的一种输入电压数字前馈电路实施例1的示意图，所述电路可以包括：

采样模块301，用于采集实现数字前馈的相关参数；

当在电压控制模式下，需要稳定输出电压时，首先采集能够实现数字前馈功能的相关参数。如，通过能反映输入电压变化的输入电压采样电路采集输入电压值，能反映输出电压变化的输出电压采样电路采集输出电压值，或控制环路补偿电压采样电路采集补偿电压值。需要说明的是，在稳定输出电压时，在某些情况下，可以只使用输入电压采样电路和环路补偿电压采样电路的组合，而在某些情况下，可以只使用输入电压采样电路和输出电压采样电路的组合，或者同时使用输入电压采样电路、输出电压采样电路和环路补偿电压采样电路。

控制模块302，用于基于相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。

当采集到能够实现数字前馈功能的相关参数后，进一步根据采集到的相关参数，采用能够实现数字前馈功能的相关数字算法实现稳定输出电压。

综上所述，在上述实施例中，输入电压数字前馈方法，包括：采集实现数字前馈的相关参数，然后基于相关参数，采用相关控制算法稳定输出电压。本发明能够解决在输入电压变化时，稳定补偿电压，从而使反馈环路不动作的情况下，直接稳定输出电压，提升了系统的稳定性和可靠性。

如图4所示，为本发明公开的一种输入电压数字前馈电路实施例2的示意图，所述电路可以包括：

输入电压采样电路401，用于采集输入电压值；

当在电压控制模式下，需要稳定输出电压时，通过输入电压采样电路采样输入电压值Vin。需要说明的是输入电压值Vin可以是经过滤波后的采样值，也可以是采样完成后进行数字滤波，也可以是不经过滤波的瞬时值。

输出电压采样电路402，用于采集输出电压值；

同时，通过输出电压采样电路采样输出电压值Vout。需要说明的是输出电压值Vout可以是经过滤波后的采样值，也可以是采样完成后进行数字滤波，也可以是不经过滤波的瞬时值。

环路补偿电压采样模块403，用于采集补偿电压值；

同时，采样得到补偿电压值Comp。需要说明的是，在采样得到补偿电压值Comp时，可以直接通过环路补偿电压采样电路采样得到，也可以通过采样输出电压值Vout，再通过环路计算模块采用数字环路补偿算法计算得到。需要说明的是补偿电压值Comp可以是经过滤波后的采样值，也可以是采样完成后进行数字滤波，也可以是不经过滤波的瞬时值。需要说明的是，补偿环路算法包括但不限于：比例积分算法、比例积分微分算法、两极点两零点算法，或三极点三零点算法等。

控制模块404，用于将采集到的输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值；

如图5所示，当采集到输入电压值Vin后，将采集到的输入电压值Vin进行缩放，得到缩放后的输入电压值Vin'。需要说明的是，在将采集到的输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值时，可以采用将采集到的输入电压值进行线性缩放或非线性缩放，得到缩放后的输入电压值的方式。其中，缩放方法包括但不限于线性缩放和非线性缩放。其中，非线性缩放包括：折线缩放、阶梯缩放、指数缩放、双曲线缩放、抛物线缩放等。

控制模块404，还用于将补偿电压值与缩放后的输入电压值相减，得到新的补偿电压值；

如图5所示，然后将采样得到的补偿电压值Comp，或环路计算模块中通过环路计算得到的补偿电压值Comp，与缩放后的输入电压Vin'相减，得到新的补偿电压值Comp'。

控制模块404，还用于使用新的补偿电压值与周期值进行占空比计算，得到新的占空比值；

如图5所示，然后使用新的补偿电压值Comp'与周期值period进行占空比计算得到新的占空比值Duty。需要说明的是，新的补偿电压值Comp'可以参与计算占空比，也可以用来参与计算周期值或相位，或者其它可以调节输出电压值Vout的参数。其具体的调压参数取决于电源硬件使用的调压方式。当输入电压升高时，采样得到的输入电压进行缩放值也变大，补偿电压值Comp减去的值也变大，因此新的补偿电压值Comp'变小，导致最终计算的占空比变小，从而稳定输出电压；当输入电压降低时，情况相反。如果电源采用变频调压，或相位调压方案，也可以通过周期/相位计算得到新的周期值Period或相位值Phase等，或采用其它调压方式实现稳压的方案。

下面结合时序图6进行详细过程说明。当输入电压值Vin不变时，缩放后的输入电压值Vin'也不变，输出电压值Vout在达到稳态后不变，即补偿电压值Comp也不变，这时由于缩放后的输入电压值Vin'和补偿电压值Comp都不变，所以新的补偿电压值Comp'也不变，占空比值Duty就不变，此时整个系统处于稳态工作状态，如图6中4和5两个周期所示。如果由于某个原因导致输入电压值Vin升高，则缩放后的输入电压值Vin'会在输入电压值Vin升高的瞬间变大，而此时由于输出电压值Vout还未跟随输入电压值Vin变大，则补偿电压值Comp不变，由于Comp'＝Comp-Vin'，因此缩放后的输入电压值Vin'变大导致新的补偿电压值Comp'直接减小，新的补偿电压值Comp'变小又会导致占空比计算的占空比值Duty直接减小，从而在补偿电压值Comp不变的情况下，直接稳定输出电压值Vout。由于此工作过程在工作时不需要补偿环路的参与，所以系统对于输入电压值Vin的响应非常快，且不影响系统稳定性。

控制模块404，还用于基于新的占空比值稳定输出电压。

需要说明的是，在上述控制过程中，控制芯片包括DSP、MCU、DSC、复杂可编程逻辑器件CPLD，或现场可编程门阵列FPGA。

综上所述，当加入输入电压前馈功能时，输入电压升高，将输入电压升高的分量引入到周期三角波中，这样在输入电压的升高时，周期三角波的斜率变陡峭，在环路补偿电压不变的情况下，可以直接将占空比减小，从而稳定输出电压；当输入电压降低时，周期三角波的斜率变缓慢，在环路补偿电压不变的情况下，可以直接将占空比放大，从而稳定输出电压。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种输入电压数字前馈方法，其特征在于，包括：

采集输入电压值；

采集输出电压值和/或采集补偿电压值；

将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值；

将所述补偿电压值与所述缩放后的输入电压值相减，得到新的补偿电压值；

使用所述新的补偿电压值与周期值进行占空比计算，得到新的占空比值；

基于所述新的占空比值稳定输出电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值包括：

将采集到的所述输入电压值进行线性缩放或非线性缩放，得到缩放后的输入电压值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集补偿电压值包括：

通过环路补偿电压采样电路采样补偿电压值；

或基于所述输出电压值，通过数字环路补偿算法计算得到所述补偿电压值。

4.一种输入电压数字前馈电路，其特征在于，包括：

输入电压采样电路，用于采集输入电压值；

输出电压采样电路，用于采集输出电压值；和/或环路补偿电压采样模块，用于采集补偿电压值；

控制模块，用于将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值；将所述补偿电压值与所述缩放后的输入电压值相减，得到新的补偿电压值；使用所述新的补偿电压值与周期值进行占空比计算，得到新的占空比值；基于所述新的占空比值稳定输出电压。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述控制模块在将采集到的所述输入电压值进行缩放，得到缩放后的输入电压值时，具体用于：

将采集到的所述输入电压值进行线性缩放或非线性缩放，得到缩放后的输入电压值。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述环路补偿电压采样模块包括：

环路补偿电压采样电路，用于采样补偿电压值；

或

环路计算模块，用于基于所述输出电压值，通过数字环路补偿算法计算得到所述补偿电压值。

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