一种DCDC变换器控制方法、装置及系统与流程

一种dcdc变换器控制方法、装置及系统
技术领域
1.本发明实施例涉及dcdc变换器技术，尤其涉及一种dcdc变换器控制方法、装置及系统。


背景技术：

2.dcdc变换器可以大致分为两个组成部分，即控制器和变换电路。其中，变换电路含有开关元件，控制器用于通过控制开关元件的通过使变换电路将输入电压转换为所需的输出电压。
3.控制器的工作模式主要分为电压控制模式、电流控制模式。其中，电压控制模式通常包含一个反馈控制环，在反馈控制环中，通过将采样电压施加到比较器中，通过比较器比较由时种产生的固定频率锯齿电压以及采样电压，进而pwm信号，pwm信号的占空比与控制电压成正比，并决定开关元件的导通时间的百分比，因此反过来也决定输出电压，电压控制模式存在如下缺陷，其必须首先将负载变化检测为一种输出变化，然后由反馈回路校正，电压回路的增益随输入电压变化，难以实现对增益的补偿。
4.电流控制模式可以弥补电压控制模式的一些缺陷，电流控制模块又可以分为均值电流控制模式和峰值电流控制模式。其中，均值电流控制模式首先确定实际的电感电流和目标电流的误差，在将上述误差和一锯齿波相比较，以生成pwm控制信号；峰值电流控制模式将实际的电感电流和目标电流进行比较，以生成pwm控制信号。
5.目前，基于电流控制模式易于实现多dcdc变换电路并联时的电流均衡，但其控制精度和稳定性还存在一定的提升空间。


技术实现要素：

6.本发明提供一种dcdc变换器控制方法、装置及系统，以达到提高dcdc变换器的控制精度以及鲁棒性的目的。
7.第一方面，本发明实施例提供了一种dcdc变换器控制方法，包括：
8.基于反馈控制算法，通过目标均值电流以及第一采样电流确定目标峰值电流；
9.接收目标峰值电流，根据所述目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号；
10.其中，将所述目标均值电流作为输入、所述第一采样电流作为反馈、所述目标峰值电流作为输出构成外电流控制环，将所述目标峰值电流、所述第二采样电流作为输入、所述dcdc变换器控制信号作为输出构成内电流控制环。
11.进一步的，包括若干路第二采样电流，一路所述第二采样电流对应一相dcdc变换电路；
12.将一路所述第二采样电流、所述目标峰值电流的均值作为输入，一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号作为输出构成一个内电流控制环；
13.其中，通过所述目标峰值电流与所述第二采样电流的总路数确定所述目标峰值电
流的均值。
14.进一步的，还包括对所述目标峰值电流的均值进行斜坡补偿，形成补偿峰值电流；
15.将一路所述第二采样电流、所述补偿峰值电流作为输入，一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号作为输出构成一个内电流控制环。
16.进一步的，判断一路所述第二采样电流是否大于所述目标峰值电流的均值；
17.若一路所述第二采样电流大于所述目标峰值电流的均值则生成低电平信号，否则生成高电平信号，所述低电平信号与所述高电平信号构成pwm信号，所述pwm为一相dcdc变换电路对应的dcdc变换器控制信号。
18.进一步的，还包括进入下一计算周期时，判断当前计算周期的目标峰值电流与上一计算周期的目标峰值电流是否相同；
19.若相邻两计算周期的目标峰值电流不相同，则开始重新确定当前计算周期的dcdc变换器控制信号，否则沿用上一计算周期的dcdc变换器控制信号。
20.进一步的，包括确定斜坡补偿值，将所述目标峰值电流的均值与所述斜坡补偿值做差，形成补偿峰值电流。
21.进一步的，所述反馈控制算法采用pid控制器算法。
22.第二方面，本发明实施例还提供了一种dcdc变换器控制装置，包括：
23.反馈控制模块，所述反馈控制模块用于通过目标均值电流以及第一采样电流确定目标峰值电流；
24.dcdc变换器控制模块，所述dcdc变换器控制模块用于根据所述目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号。
25.第三方面，本发明实施例还提供了一种dcdc变换器控制系统，包括控制器，所述控制器配置可执行程序，所述可执行程序运行时实现本发明实施例记载的dcdc变换器控制方法。
26.进一步的，所述控制器包括adc模块，所述adc模块用于第一采样电流的采集，还包括电流传感器，所述电流传感器用于第二采样电流的采集。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的dcdc变换器控制方法设置有外电流控制环和内电流控制环。其中，通过设置外电流控制环使dcdc变换器中的平均电流跟随设定的目标均值电流变化，使外电流控制环等效为一阶系统，可以提高系统响应速度，同时外电流控制环的输出为目标峰值电流，内电流控制环基于目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号，由于目标峰值电流跟随系统的变化而变化，且目标峰值电流为当前计算周期的最优参考值，因此相对于基于设定的峰值电流与采样电流生成dcdc变换器控制信号，可以提高生成的dcdc变换器控制信号的精度，同时由于内电流控制环的控制模式为峰值电流控制模式，因此也可以实现对dcdc变换器的电流限流，同时保证系统的控制相应速度。
附图说明
28.图1是实施例中的dcdc变换器控制方法流程图；
29.图2是实施例中的一种dcdc变换器结构示意图；
30.图3是实施例中的另一种dcdc变换器结构示意图；
31.图4是实施例中的一种dcdc变换器控制方法流程图；
32.图5是实施例中的另一种dcdc变换器控制方法流程图；
33.图6是实施例中的另一种dcdc变换器控制方法流程图；
34.图7是实施例中的dcdc变换器控制装置结构示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
36.实施例一
37.图1是实施例中的dcdc变换器控制方法流程图，参考图1，dcdc变换器控制方法包括：
38.s101.基于反馈控制算法，通过目标均值电流以及第一采样电流确定目标峰值电流。
39.示例性的，本实施例中，dcdc变换器控制方法适用于需要采用电流控制模式的dcdc模块，dcdc变换器控制方法基于电流信息实现针对dcdc变换器中的开关管的控制，进而控制dcdc变换器输出期望的信号。
40.本实施例中，对dcdc变换器的结构不做具体限定，其可以包含图1所示的单相dcdc变换结构、图2所示的双相交错并联dcdc变换结构，或者其他多相交错并联dcdc变换结构。
41.示例性的，本实施例中，目标均值电流为dcdc变换器所在负载回路中的期望电流。
42.示例性的，本实施例中，第一采样电流为dcdc变换器所在负载回路中的均值电流，例如图2所示dcdc变换器结构中的电流i的均值、图3所示dcdc变换器结构中的电流i的均值。
43.示例性的，本实施例中，目标峰值电流为dcdc变换器所在负载回路中的电流的期望峰值，例如图1所示dcdc变换器结构中电流i的期望峰值。
44.示例性的，本实施例中，反馈控制算法可以为pid控制器算法、卡尔曼滤波算法等。
45.示例性的，本实施例中，反馈控制算法的输入为目标均值电流、第一采样电流，反馈控制算法的输出为目标峰值电流。
46.s102.接收目标峰值电流，根据目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号。
47.示例性的，本实施例中，第二采样电流为dcdc变换结构中与一相dcdc变换电路对应的电流采样值，例如图1所示dcdc变换器结构中的电流i的采样值，图3所示dcdc变换器结构中的电流i1的采样值、电流i2的采样值。
48.示例性的，本实施例中，dcdc变换器控制信号为针对dcdc变换器中的开关管的驱动信号，或者针对用于驱动开关管的驱动器的控制信号。
49.示例性的，本实施例中，可以基于比较器、pwm控制器等实现根据目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号。
50.示例性的，本实施例中，自目标均值电流至dcdc变换器控制信号包含两个电流控制环。
51.示例性的，本实施例中，将目标均值电流作为输入、第一采样电流作为反馈(输入)、目标峰值电流作为输出构成外电流控制环；
52.将目标峰值电流、第二采样电流作为输入、dcdc变换器控制信号作为输出构成内电流控制环。
53.本实施例提出的dcdc变换器控制方法设置有外电流控制环和内电流控制环。其中，通过设置外电流控制环使dcdc变换器中的平均电流跟随设定的目标均值电流变化，使外电流控制环等效为一阶系统，可以提高系统响应速度，同时外电流控制环的输出为目标峰值电流，内电流控制环基于目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号，由于目标峰值电流跟随系统的变化而变化，且目标峰值电流为当前计算周期的最优参考值，因此相对于基于设定的峰值电流与采样电流生成dcdc变换器控制信号，可以提高生成的dcdc变换器控制信号的精度，同时由于内电流控制环的控制模式为峰值电流控制模式，因此也可以实现对dcdc变换器的电流限流，同时保证系统的控制相应速度。
54.图4是实施例中的一种dcdc变换器控制方法流程图，作为一种可实施方案，采用pid控制器算法作为反馈控制算法，dcdc变换器控制信号为针对开关管的驱动信号，基于图2所示的dcdc变换器结构，dcdc变换器控制方法可以具体包括：
55.s201.在一个计算周期内，pid控制器获取电流i的一个采样值作为第一电流采样值，pid控制器根据第一电流采样值以及设定的目标均值电流输出该计算周期内的目标峰值电流。
56.示例性的，本步骤中，pid控制器配置有pid控制器算法，pid控制器算法包含pid控制器方程，pid控制器方程的离散形式为：
[0057][0058]
式中，y(k)为第k个周期的目标峰值电流，e(i)为第i个周期的第一电流采样值与目标均值电流的偏差，k
p
为比例环节系数，k
i
为积分环节系数。
[0059]
示例性的，本实施例中，可以通过经验法进行pid参数(k
p
、k
i
)的人工整定，也可以根据系统的传递函数进行pid的自动整定。
[0060]
示例性的，本实施例中，可以采用现有技术中的任意一种pid自动整定方法进行实现pid的参数整定，其具体过程不再赘述。
[0061]
s202.根据目标峰值电流与dcdc变换器的相数计算目标峰值电流的均值。
[0062]
示例性的，本方案中，dcdc变换器为双相交错并联dcdc变换结构，设定目标峰值电流为i
ref
，则目标峰值电流的均值i
ref_p
为i
ref
/2。
[0063]
s203.根据目标峰值电流的均值，一路第二采样电流确定一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号。
[0064]
示例性的，本方案中，dcdc变换器有几相dcdc变换电路，则对应有几路第二采样电流。
[0065]
例如，图3所示的dcdc变换器为双相交错并联dcdc变换结构，则对应存在两路第二采样电流，分别为第二采样电流i1，第二采样电流i2。
[0066]
示例性的，本方案中，dcdc变换器控制信号为pwm信号。
[0067]
在一个计算周期内，生成第一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号pwm1的方式为：
[0068]
在一个pwm信号周期内，判断第二采样电流i1是否大于目标峰值电流的均值i
ref_p
；
[0069]
若第二采样电流i1大于目标峰值电流的均值i
ref_p
则触发原始pwm信号由高电平翻转为低电平，在下一个pwm信号周期开始时，触发pwm信号由低电平翻转为高电平，由该低电平信号以及高电平信号构成的信号即为dcdc变换器控制信号pwm1。
[0070]
在一个计算周期内，生成第二相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号pwm2的方式为：
[0071]
在一个pwm信号周期内，若第二采样电流i2大于目标峰值电流的均值i
ref_p
则触发原始pwm信号由高电平翻转为低电平，在下一个pwm信号周期开始时，触发pwm信号由低电平翻转为高电平，由该低电平信号以及高电平信号构成的信号即为dcdc变换器控制信号pwm2。
[0072]
示例性的，本实施例中，dcdc变换器有几相则对应设置几个内电流控制环，例如针对图3所示的dcdc变换器结构，共设置两个内电流控制环。
[0073]
示例性的，将一路第二采样电流i1、目标峰值电流的均值i
ref_p
作为输入，dcdc变换器控制信号pwm1作为输出构成第一个内电流控制环；
[0074]
将一路第二采样电流i2、目标峰值电流的均值i
ref_p
作为输入，dcdc变换器控制信号pwm2作为输出构成第二个内电流控制环。
[0075]
基于内电流控制环和内电流控制环实现针对dcdc变换器中每一相dcdc变换电路的控制。
[0076]
图5是实施例中的另一种dcdc变换器控制方法流程图，参考图5，在图4所示方案的基础上，dcdc变换器控制方法可以为：
[0077]
s301.在一个计算周期内，pid控制器获取电流i的一个采样值作为第一电流采样值，pid控制器根据第一电流采样值以及设定的目标均值电流输出该计算周期内的目标峰值电流。
[0078]
s302.根据目标峰值电流与dcdc变换器的相数计算目标峰值电流的均值。
[0079]
s303.对目标峰值电流的均值进行斜坡补偿，形成补偿峰值电流。
[0080]
示例性的，对目标峰值电流的均值进行斜坡补偿的目的在于，避免基于目标峰值电流生成的dcdc变换器控制信号的占空比大于50％，从而导致dcdc变换电路中产生较大纹波的问题。
[0081]
示例性的，本实施例中对斜坡补偿值的计算方式不做限定，可选的，若dcdc变换器为boost变换器，则斜坡补偿值可以为dcdc变换器输入电压与电感的比值，若dcdc变换器为buck变换器，则斜坡补偿值可以为dcdc变换器输出电压与电感的比值。
[0082]
示例性的，本方案中，将目标峰值电流的均值与斜坡补偿值做差，形成补偿峰值电流。
[0083]
s304.根据补偿峰值电流，一路第二采样电流确定一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号。
[0084]
示例性的，本方案中，步骤s304与步骤s203记载的实现方式相似，以生成dcdc变换器控制信号pwm1为例，其方式包括：
[0085]
在一个pwm信号周期内，判断第二采样电流i1是否大于补偿峰值电流；
[0086]
若第二采样电流i1大于补偿峰值电流则触发原始pwm信号由高电平翻转为低电平，在下一个pwm信号周期开始时，触发pwm信号由低电平翻转为高电平，由该低电平信号以及高电平信号构成的信号即为dcdc变换器控制信号pwm1。
[0087]
图6是实施例中的另一种dcdc变换器控制方法流程图，参考图6，在图5所示方案的基础上，dcdc变换器控制方法可以为：
[0088]
s401.在一个计算周期内，pid控制器获取电流i的一个采样值作为第一电流采样值，pid控制器根据第一电流采样值以及设定的目标均值电流输出该计算周期内的目标峰值电流。
[0089]
s402.判断当前计算周期的目标峰值电流与上一计算周期的目标峰值电流是否相同。
[0090]
示例性的，本方案中，若相邻两计算周期的目标峰值电流不相同，则开始重新确定当前计算周期的dcdc变换器控制信号，及继续后续的步骤s403～步骤s405，否则沿用上一计算周期的dcdc变换器控制信号。
[0091]
示例性的，基于步骤s402可以节约控制器的计算资源。
[0092]
s403.根据目标峰值电流与dcdc变换器的相数计算目标峰值电流的均值。
[0093]
s404.对目标峰值电流的均值进行斜坡补偿，形成补偿峰值电流。
[0094]
s405.根据补偿峰值电流，一路第二采样电流确定一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号。
[0095]
实施例二
[0096]
图7是实施例中的dcdc变换器控制装置结构示意图，参考图7，本实施例提出一种dcdc变换器控制装置，包括：
[0097]
反馈控制模块100，反馈控制模块100用于通过目标均值电流以及第一采样电流确定目标峰值电流。
[0098]
斜坡补偿模块200，斜坡补偿模块200用于对目标峰值电流或目标峰值电流的均值进行斜坡补偿，形成补偿峰值电流。
[0099]
dcdc变换器控制模块300，dcdc变换器控制模块200用于根据目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号。
[0100]
示例性的，本实施例中，基于反馈控制模块100和dcdc变换器控制模块200可以实现实施例一中记载的任意一种dcdc变换器控制方法，具体为：
[0101]
反馈控制模块100基于反馈控制算法，通过目标均值电流以及第一采样电流确定目标峰值电流。
[0102]
dcdc变换器控制模块200接收目标峰值电流，根据目标峰值电流以及第二采样电流生成dcdc变换器控制信号。
[0103]
在一个计算周期内，反馈控制模块100获取第一电流采样值，基于pid控制器算法，反馈控制模块100根据第一电流采样值以及设定的目标均值电流输出该计算周期内的目标峰值电流。
[0104]
反馈控制模块100根据目标峰值电流与dcdc变换器的相数计算目标峰值电流的均值。
[0105]
dcdc变换器控制模块300根据目标峰值电流的均值，一路第二采样电流确定一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号。
[0106]
在一个计算周期内，反馈控制模块100获取第一电流采样值，基于pid控制算法反馈控制模块100根据第一电流采样值以及设定的目标均值电流输出该计算周期内的目标峰值电流。
[0107]
反馈控制模块100根据目标峰值电流与dcdc变换器的相数计算目标峰值电流的均值。
[0108]
斜坡补偿模块200对目标峰值电流的均值进行斜坡补偿，形成补偿峰值电流。
[0109]
根据补偿峰值电流，一路第二采样电流确定一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号。
[0110]
在一个计算周期内，反馈控制模块100获取第一电流采样值，基于pid控制器算法，反馈控制模块100根据第一电流采样值以及设定的目标均值电流输出该计算周期内的目标峰值电流。
[0111]
反馈控制模块100判断当前计算周期的目标峰值电流与上一计算周期的目标峰值电流是否相同。
[0112]
反馈控制模块100根据目标峰值电流与dcdc变换器的相数计算目标峰值电流的均值。
[0113]
斜坡补偿模块200对目标峰值电流的均值进行斜坡补偿，形成补偿峰值电流。
[0114]
dcdc变换器控制模块300根据补偿峰值电流，一路第二采样电流确定一相dcdc变换电路的dcdc变换器控制信号。
[0115]
本实施例中，dcdc变换器控制装置的有益效果与实施例一记载的对应内容相同。
[0116]
实施例三
[0117]
本实施例提出一种dcdc变换器控制系统，包括控制器，控制器配置可执行程序，可执行程序运行时实现实施例一记载的任意一种dcdc变换器控制方法。
[0118]
可选的，本实施例中，控制器包括adc模块，adc模块用于第一采样电流的采集。
[0119]
本实施例中，dcdc变换器控制系统还包括电流传感器，一个电流传感器串联在dcdc变换器的一相dcdc变换电路中，电流传感器与控制器相连接，电流传感器用于第二采样电流的采集。
[0120]
本实施例中，dcdc变换器控制系统的有益效果与实施例一记载的对应内容相同。
[0121]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。