CN105974983A - 一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，电流环与电压环并联的控制环路处于稳态模式下，当电压环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电压环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；或者，当电流环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电流环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；进行本周期的控制环路计算，得到本周期电压、电流控制环路的计算值；将本周期电压、电流控制环路的计算值比较，取较小者作为控制环路的最终输出。本发明无须额外的硬件增加，可减小电压环和电流环切换过程中的超调，能实现电流环与电压环平滑、快速切换、无过冲切换控制，给电源设备带来成本竞争力和性能的提升。

Description

一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法。
背景技术
传统双环控制方法仅仅将电压环和电流环分别计算，经比较取环路计算小的作为输出这几个部分。假设当前处于稳态模式，并且电压环输出较小，电压环的输出作为最终控制环路输出，电流环输出处于较大的值或者在饱和值。当输出负载突然增加，输出电压下降，从而电压环的环路计算值逐渐变大。同时随着负载电流的增大，当输出电流大于参考电流时，电流环的环路计算值逐渐变小，仅当电流环小于电压环时，电流环开始接管并继续减小到稳态值。这期间电源的输出电流，对于参考电流值会有一个较大的超调，严重情况下会损坏功率元件。由电流环切换到电压环分析同上，也会产生一个较大的电压超调，对电源供应器的可靠性有潜在的威胁。
由此可见，传统恒流电流环与恒压电压环并联的控制策略(即环路输出较小者主控)中，环路的接管通常要经历退饱和或者减小到当前控制环路值的阶段。在这段时间中，不可避免的会产生较大的电流或电压过冲，使得设备有潜在的危险，对设备可靠性有一定影响。
而且在传统带有恒流功能的恒压输出电源供应器中，控制策略上有电流与电压控制环，当两个环路相互切换时，由于存在环路退饱速度等问题，使得环路切换无法迅速完成，从而导致电流和电压会存在较大超调。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种主要应用于具有电流控制环与电压控制环切换的电源供应器中的，能使电流环与电压环无缝切换，从而减小环路过渡过程中电流和电压的超调，提高设备的可靠性的数字电压环与电流环互相跟随的控制方法。
技术方案：本发明所述的一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，所述电流环与电压环并联的控制环路处于稳态模式；
所述控制方法包括如下步骤：
步骤一，控制环路计算开始；
步骤二，当电压环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电压环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；
或者，当电流环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电流环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；
步骤三，进行本周期的电压控制环路、电流控制环路计算，得到本周期电压控制环路和电流控制环路的计算值；
步骤四，将本周期电流控制环路的计算值和本周期电压控制环路的计算值比较，取较小者作为控制环路的最终输出；
步骤五，控制环路计算结束。
进一步的，所述稳态模式的状态为电压环输出小于电流环输出，电压环输出作为控制环路的最终输出，电压环误差很小并且在零附近波动；或者电流环输出小于电压环输出，电流环输出作为控制环路的最终输出，电流环误差很小并且在零附近波动。
进一步的，所述步骤二中的电压环输出或电流环输出即为原来控制环路的最终输出，这两个值是同一个值，因此不影响控制环路的正常工作。
进一步的，所述数字电压环与电流环互相跟随的控制方法的控制方式为数字控制方式。
有益效果：
本发明的设计主要应用于具有电流控制环与电压控制环切换的电源供应器的数字电压环与电流环无缝切换的控制方法，加入了电压环误差和电流环误差的判断，通过判断电压误差正负和电流误差正负，作为电压环与电流环的切换的判据，进行环路的动态调节。当电流环误差为负值，即负载电流达参考设定点，电流环能够迅速接管环路最终控制输出，避免了电流环退饱和或输出值减小的时间，大大减小了输出电流的超调。由电流环切换到电压环分析同上；当满足环路切换条件时，将环路的最终输出值作为动态调节基准，确保最终输出控制脉宽在任何条件下不会有突变。通过这种新颖的控制方法，降低了对电力电子功率器件的冲击，从而提高设备的可靠性。
本发明的电压环与电流环互相跟随，响应快无过冲，无须额外的硬件增加，在不增加成本的前提下，可大大减小电压环和电流环切换过程中的超调，能实现电流环与电压环平滑、快速切换，输出恒压控制环路和恒流控制环路无过冲切换控制，给电源设备带来成本竞争力和性能的同步提升。
附图说明
图1为本发明的结构示意流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
如图1所示，一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，该电流环与电压环并联的控制环路处于稳态模式。
上述控制方法包括如下步骤：
步骤一，控制环路计算开始；
步骤二，当电压环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电压环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；
或者，当电流环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电流环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；
步骤三，进行本周期的电压控制环路、电流控制环路计算，得到本周期电压控制环路和电流控制环路的计算值；
步骤四，将本周期电流控制环路的计算值和本周期电压控制环路的计算值比较，取较小者作为控制环路的最终输出；
步骤五，控制环路计算结束。
作为对本发明的进一步优化，稳态模式的状态为电压环输出小于电流环输出，电压环输出作为控制环路的最终输出，电压环误差很小并且在零附近波动；或者电流环输出小于电压环输出，电流环输出作为控制环路的最终输出，电流环误差很小并且在零附近波动。步骤二中的电压环输出或电流环输出即为原来控制环路的最终输出，这两个值是同一个值，因此不影响控制环路的正常工作。数字电压环与电流环互相跟随的控制方法的控制方式为数字控制方式。
本发明设计的主要应用于具有电流控制环与电压控制环切换的电源供应器的数字电压环与电流环无缝切换的控制方法，加入了电压环误差和电流环误差的判断，通过判断电压误差正负和电流误差正负，作为电压环与电流环的切换的判据，进行环路的动态调节。
以数字控制方式为例，详细工作模态描述如下，在该控制环路处于稳态模式下，电压环输出作为控制环路的最终输出，电流环输出则处于较大值或者处于饱和值。电压误差很小并且在零附近波动，当电压环误差为负，则本发明的控制方法会将上一次的控制环路的最终输出赋值给电压环上一次的值，作为环路迭代计算的历史信息。由于原本就是电压环输出作为输出控制量，这两个值是同一个值，因此不影响主导环的正常工作。当负载电流突然增大，输出电压下降，电压环误差为正，电压环输出增大。负载电流增大到输出电流大于参考电流时，即电流环误差为负。此时，将上一次控制环路的最终输出值，即电压环输出值，赋值给上一次电流环输出值，作为环路迭代计算量，然后进行本周期的电流环控制环路计算得到本周期电流环的计算值，最后和本周期电压环的计算值比较，取较小者作为最终输出。
当电流环误差为负值，即负载电流达参考设定点，电流环能够迅速接管环路最终控制输出，避免了电流环退饱和或输出值减小的时间，大大减小了输出电流的超调。由电流环切换到电压环分析同上；当满足环路切换条件时，将环路的最终输出值作为动态调节基准，确保最终输出控制脉宽在任何条件下不会有突变。本发明的电压环与电流环互相跟随，响应快无过冲。通过这种新颖的控制方法，降低了对电力电子功率器件的冲击，从而提高设备的可靠性。
本发明无须额外的硬件增加，在不增加成本的前提下，可大大减小电压环和电流环切换过程中的超调，能实现电流环与电压环平滑、快速切换，输出恒压控制环路和恒流控制环路无过冲切换控制，给电源设备带来成本竞争力和性能的同步提升。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，其特征在于：所述电流环与电压环并联的控制环路处于稳态模式；
所述控制方法包括如下步骤：
步骤一，控制环路计算开始；
步骤二，当电压环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电压环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；
或者，当电流环误差为负，则将上一次控制环路的最终输出赋值给上一次的电流环输出，并作为环路迭代计算的历史信息；
步骤三，进行本周期的电压控制环路、电流控制环路计算，得到本周期电压控制环路和电流控制环路的计算值；
步骤四，将本周期电流控制环路的计算值和本周期电压控制环路的计算值比较，取较小者作为控制环路的最终输出；
步骤五，控制环路计算结束。
2.根据权利要求1所述的一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，其特征在于：所述稳态模式的状态为电压环输出小于电流环输出，电压环输出作为控制环路的最终输出，电压环误差很小并且在零附近波动；或者电流环输出小于电压环输出，电流环输出作为控制环路的最终输出，电流环误差很小并且在零附近波动。
3.根据权利要求1所述的一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，其特征在于：所述步骤二中的电压环输出或电流环输出即为原来控制环路的最终输出，这两个值是同一个值，因此不影响控制环路的正常工作。
4.根据权利要求1所述的一种数字电压环与电流环互相跟随的控制方法，其特征在于：所述数字电压环与电流环互相跟随的控制方法的控制方式为数字控制方式。
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