CN107528448B - 一种数字开关电源系统的自适应调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字开关电源系统的自适应调节方法，该方法中的数字开关电源系统包括由通信回路连接的前级数字电源和后级数字电源，前级数字电源和后级数字电源分别读取并解算初始化的特征预设值并互相传输，获得所有的特征预设值后，前级数字电源和后级数字电源分别运算得到数字开关电源系统的系统特征值，根据该系统特征值，前级数字电源和后数字电源调节自己的特征预设值分别得到新特征值，根据该新特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的相关参数，实现系统的自适应调节。本发明能够在保证系统稳定工作的前提下，摒弃数字电源级间的补偿器，降低了系统成本和复杂度，提高了系统的可扩展性。

Description

一种数字开关电源系统的自适应调节方法

技术领域

本发明涉及电力电子尤其是数字开关电源技术领域，具体涉及一种数字开关电源系统的自适应调节方法。

背景技术

当今电源市场占有率较大的是模拟开关电源。随着智能化设备技术的革新、物联网时代的到来，开关电源也逐步发展为具有数字化功能的产品。真正意义的数字电源，其实现方式以DSP和专用数电源字芯片为主，数字电源优点有：集成度高、适应性强、外部器件少、自诊断、EMI兼容能力强、在线可编程、优秀的系统管理和可靠性。

无论模拟电源还是数字电源，在大功率多电压等级的用电场合，均需要多种类电源并联提供功率，或者级联提供不同电压。这时候电源系统由于阻抗匹配导致的稳定性问题凸显出来。一般电源的控制系统结构、组成器件类似，由于效率和功率分配的影响，前级数字电源的功率要大一些，开关器件的容量越大，其Q_g越大，开关频率不会太高，系统的穿越频率f_c1较低；而后级数字电源功率较小，可以在更高频率下工作，因而穿越频率f_c2要高于前级数字电源的穿越频率f_c1。

实际上，前级数字电源将高于f_c2的干扰衰减以后，输入至后级数字电源，后级数字电源会将频率在f_c1～f_c2之间的干扰放大，干扰作用增强，表现为：系统串联以后，系统在f_c2处的相角裕度减小，当干扰幅值超过一定程度或相角偏移超过系统的稳定裕度以后，在后级电源输出端会观察到电源系统稳定性下降的现象。以图1所示两级电源系统为例，即每级电源的相角裕度为45°左右，但级联使用时会出现系统不稳定的情况。为解决这种问题，现有阶段的技术方案中，可行性较高的有两种：首先是使用定制的电源，将电源的相角裕度增加，每级的相角裕度在75°左右，级联后系统的相角裕度约为45°，但这种方案的电源在单独使用的时候会出现输出性能下降、超调过大的现象；另一个方案是在系统级联电源之间增加一个补偿器，分为无源补偿器(静态)和有源补偿器(动态)，补偿器价格昂贵，提高了提高系统的成本和复杂度，而且该方法没有从根本上解决系统的稳定裕度的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种数字开关电源系统的自适应调节方法，能够在保证系统稳定工作的前提下，摒弃数字电源级间的补偿器，降低系统成本和复杂度，提高系统的可扩展性。

为实现上述目的，本发明提供了一种数字开关电源系统的自适应调节方法，包括以下步骤：

(1)前级数字电源和后级数字电源分别读取并解算初始化的特征预设值；

(2)前级数字电源和后级数字电源将所述特征预设值互相传输；

(3)获取全部的特征预设值后，前级数字电源和后级数字电源分别运算得出数字开关电源系统的系统特征值；

(4)根据所述系统特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的特征预设值，分别得到新特征值；

(5)根据所述新特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的相关参数，实现系统的自适应调节。

进一步地，在步骤(1)之前还包括如下步骤：上电后，前级数字电源和后级数字电源进行状态自检，自检异常则直接关机，自检正常，进行步骤(1)。

具体地说，所述相关参数为前级数字电源和后级数字电源的PID参数。

由以上技术方案可知，本发明提供的一种数字开关电源的自适应调节方法，通过使用可编程且具有通信功能的数字芯片作为主控器件，前级数字电源和后级数字电源相互进行通信传输读取并解算的特征预设值，运算得出数字开关电源系统的系统特征值，根据系统特征值调节数字电源的特征预设值和相关参数，实现系统的自适应调节。在保证系统稳定工作状态的前提下，摒弃了数字电源级间的补偿器，降低了系统成本和复杂度，提高了系统的可扩展性，扩大了适用范围。

附图说明

图1为数字开关电源系统的示意图。

图2为多级数字开关电源系统的示意图。

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示的数字开关电源系统，前级数字电源输入端连接供电，后级数字电源输出端连接负载，前级数字电源的输出端与后级数字电源的输入端相连，前级数字电源信号端与后级数字电源信号端通过所述通信回路连接。当然，为了适用在大功率多电压等级的用电场合，数字开关电源系统可以如图2所示，由多级数字电源级联而成，其工作原理与该数字开关电源系统工作原理相同。

如图3所示，该数字开关电源系统的自适应调节方法包括以下步骤：

(1)上电后，前级数字电源和后级数字电源分别进行状态自检，自检异常则直接关机，自检正常，则开始步骤(2)；

(2)前级数字电源和后级数字电源分别读取并解算初始化的特征预设值， sys₁＝[V_ref,V_out,A,φ,f_c,P,I,D]₁、sys₂＝[V_ref,V_out,A,φ,f_c,P,I,D]₂；

(3)前级数字电源和后级数字电源将所述特征预设值互相传输；

(4)获取全部的特征预设值sys₁和sys₂后，前级数字电源和后级数字电源分别运算得出数字开关电源系统的系统特征值sys＝[V_ref,V_out,A,φ,f_c,P,I,D]；

(5)根据所述系统特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的特征预设值，分别得到新特征值sys′₁、sys′₂；

(6)根据所述新特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的PID 参数，实现系统的自适应调节。

由于前级数字电源和后级数字电源算法相同，可以得到一致的调解结果。

其中，特征值为特征向量，包含带宽f_c、增益A(A＝[A1，A2，A3]，A1为低频段增益，低频段带宽fl＝1/1000f_c，A2为1/10f_c处增益，A3为10f_c处增益)、系统的相角裕度φ、系统调节器的P、I、D参数等数字化信息，即 [V_ref,V_out,A,φ,f_c,P,I,D]，其中[P，I，D]参数可以自适应调节。

为了确保数字开关电源系统的安全，还可以对系统进行开机检测、故障检测和关机检测,具体工作过程如下：

自检正常后，在前级数字电源和后级数字电源进行读取并解算初始化的特征预设值的同时，其内部处理器还可以并线程地进行以下动作：(a)开机检测，检测是否开机，若不开机，则循环进行自检，若开机，则进行开机；(b)开机后，进行故障检测和关机检测，判断输出功率过程中有无故障，如有故障，则进行关机；如没有故障，则判断是否关机，若关机，则直接关闭输出；若不关机，循环进行故障检测。当然，开机检测也可以在状态自检正常后进行，开机检测正常开机后，数字电源再并线程读取并解算特征预设值和进行故障检测和关机检测。

可知，本发明提出的一种数字开关电源的自适应调节方法，和传统方法相比，能够在确保系统较为稳定工作的前提下，摒弃数字电源级间昂贵的补偿器，降低了系统成本和复杂度，且扩展方便，即可以多级数字电源级联使用，也可以单台数字电源单独使用，具有很好的应用价值。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种数字开关电源系统的自适应调节方法，该方法中所述的数字开关电源系统包括由通信回路连接的前级数字电源和后级数字电源，其特征在于：包括以下步骤：

(1)前级数字电源和后级数字电源分别读取并解算初始化的特征预设值，所述特征预设值为sys₁和sys₂，sys₁＝[V_ref,V_out,A,φ,f_c,P,I,D]₁、sys₂＝[V_ref,V_out,A,φ,f_c,P,I,D]₂，其中，f_c为带宽、A为增益、φ为系统的相角裕度、P、I、D为系统调节器的参数，V_ref为参考电压，V_out为输出电压；

(2)前级数字电源和后级数字电源将所述特征预设值互相传输；

(3)获取全部的特征预设值后，前级数字电源和后级数字电源分别运算得出数字开关电源系统的系统特征值；

(4)根据所述系统特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的特征预设值，分别得到新特征值；

(5)根据所述新特征值，前级数字电源和后级数字电源调节自己的相关参数，实现系统的自适应调节，所述相关参数为前级数字电源和后级数字电源的PID参数。

2.根据权利要求1所述的数字开关电源系统的自适应调节方法，其特征在于：在步骤(1)之前还包括如下步骤：上电后，前级数字电源和后级数字电源进行状态自检，自检异常则直接关机，自检正常，进行步骤(1)。