CN109067175B - 一种能量闭环控制的直流电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能量闭环控制的直流电源，包括主电路和控制电路两部分，主电路为标准Buck电路；控制电路包括：电感电流检测电路、电容电压检测电路、输出电流检测电路、期望电容储能计算电路、期望电感储能计算电路、期望负载消耗能量计算电路、期望总能量计算电路、实际电感储能计算电路、实际电容储能计算电路、实际负载消耗能量计算电路、负载辨识电路、实际总能量计算电路、运算电路、控制器电路、PWM信号电路。本发明弱化电源输出动态性能对控制器参数取值敏感性，降低了控制器参数设计复杂性，在抑制住电压、电流超调和振荡现象同时，实现对动态调节时间的优化。

Description

一种能量闭环控制的直流电源
技术领域
本发明涉及到一种直流电源，特别是涉及到一种以能量闭环实现输出电压控制的直流电源。
背景技术
直流电源被广泛地应用于计算机、家用电器、能源和新型汽车等领域中。目前这些直流电源大多采用的是基于传统PID控制器的电压、电流双闭环，或电压单闭环控制策略，来获得稳定的电压输出，但无论是电压、电流双闭环控制还是电压单闭环控制，在输出电压的动态调解过程中，要么存在调节时间过长的问题，要么存在有明显的超调和振荡现象。虽然通过对控制器参数的合理设计，可以在一定范围内获得较好的动态性能，但是当运行工况发生较大变化时，例如负载变化等，电源的输出动态性能就会收到明显影响。因此基于传统PID控制器的电压控制策略无法满足直流电源对输出动态性能进一步提升的实际需求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种针对基于传统PID控制器的直流电源输出电压控制策略存在的动态性能较差的问题，通过能量闭环来实现对直流电源输出电压进行控制，进而改善其动态性能的能量闭环控制的直流电源。
为解决上述技术问题，本发明一种能量闭环控制的直流电源，包括主电路和控制电路两部分，主电路为标准Buck电路；控制电路包括：电感电流检测电路1、电容电压检测电路2、输出电流检测电路3、期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5、期望负载消耗能量计算电路6、期望总能量计算电路7、实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10、负载辨识电路11、实际总能量计算电路12、运算电路13、控制器电路14、PWM信号电路15；
外界提供的电源输出电压给定值信号Uref分别接至期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的对应输入端；期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的输出端分别接至期望总能量计算电路7的对应输入端；期望总能量计算电路7的输出端接至运算电路13的对应输入端；电感电流检测电路1对电感L1的电流进行检测，电感电流检测电路1的检测信号输出端与实际电感储能计算电路8的输入端连接；电容电压检测电路2并联在电容C1的两端，电容电压检测电路2检测信号输出端分别与实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10、负载辨识电路11的对应输入端连接；输出电流检测电路3对主电路的输出电流进行检测，输出电流检测电路3检测信号输出端分别与实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11的对应输入端连接；实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9和实际负载消耗能量计算电路10的输出端分别接至实际总能量计算电路12的对应输入端；负载辨识电路11的输出端分别与期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的对应输入端连接；实际总能量计算电路12的输出端接至运算电路13的对应输入端；运算电路13的输出端与控制器电路14的输入端连接；控制器电路14的输出端与PWM信号电路15的输入端连接；PWM信号电路15的输出端与主电路中电力电子器件M1的控制端连接。
作为本发明的一种改进形式，主电路为Buck电路的其他拓扑结构形式，或者其他形式的DC/DC变换电路。
本发明还包括：
电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1连接构成标准Buck电路，将输入端的直流电压转换为输出端负载所需要的直流电压；
电感电流检测电路1对主电路电感L1的电流进行实时检测，并将检测结果传送至实际电感储能计算电路8；
电容电压检测电路2对主电路的输出电压进行实时检测，并将检测结果分别传送至实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11；
输出电流检测电路3对主电路的输出电流进行实时检测，并将检测结果分别传送至实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11；
期望电容储能计算电路4根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电容C1所存储的能量，并将计算结果传送至期望总能量计算电路7；
期望电感储能计算电路5根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路11提供的电源负载等效电阻值信号，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电感L1所存储的能量，并将计算结果传送至期望总能量计算电路7；
期望负载消耗能量计算电路6根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路11提供的电源负载等效电阻值信号，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电源负载在一个控制周期时间段内所消耗的能量，并将计算结果传送至期望总能量计算电路7；
期望总能量计算电路7对三路输入信号进行加法运算，即根据获得的期望电容储能、期望电感储能和期望负载消耗能量，通过加法运算而计算出三者之和，并将计算结果传送至运算电路13；
实际电感储能计算电路8根据获得的电感电流信号，计算出当前电感L1的实际储能，并将计算结果传送至实际总能量计算电路12；
实际电容储能计算电路9根据获得的输出电压信号，计算出电容C1的实际储能，并将计算结果传送至实际总能量计算电路12；
实际负载消耗能量计算电路10根据获得的输出电压信号和输出电流信号，计算出电源负载在当前时刻的前一个控制周期时间段内所消耗的能量，并将计算结果传送至实际总能量计算电路12；
负载辨识电路11根据获得的输出电压信号和输出电流信号，计算出电源负载的等效电阻值，并将计算结果传送至期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6；
实际总能量计算电路12对三路输入信号进行加法运算，即根据获得的实际电容储能、实际电感储能和实际负载消耗能量，通过加法运算而计算出三者之和，并将计算结果传送至运算电路13；
运算电路13对两路输入信号进行减法运算，并将计算结果传送至控制器电路14；
控制器电路14根据运算电路13提供的差值信号进行PID运算，生成调制信号，并将该调制信号传送至PWM信号电路15；
PWM信号电路15根据输入的调制信号生成主电路中电力电子器件M1所需的驱动信号，驱动信号被送至电力电子器件M1的控制端，控制电力电子器件M1的通、断。
本发明的有益效果：
(1)本发明提出的直流电源，在控制过程中所采用的控制变量不仅仅包含有传统的电压和电流，而且将时间也作为控制变量纳入到具体的控制方法设计中，充分考虑了动态调解过程中电压、电流等物理量自身变化与时间的关系，弱化了电源输出动态性能对控制器参数(PID控制器的比例、积分、微分系数)取值的敏感性，进而降低了控制器参数设计的复杂性。
(2)本发明提出的直流电源，在控制过程中充分计及了电感、电容的储能状态变化对电源输出电压的影响，因此可有效抑制住由于电感、电容储能过剩而导致的输出电压超调现象的产生。
(3)本发明提出的直流电源，采用基于PID控制器的能量闭环控制方法，在动态调节过程中，通过对能量的有效控制，在抑制住电压、电流的超调和振荡现象的同时，还可以实现对动态调节时间的优化。
附图说明
图1为能量闭环控制的直流电源的结构示意图。
具体实施方式
实施方法一
主电路采用Buck型电路，其中的电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1等器件的设计、选取方法与现有的标准型Buck电路的器件设计、选取方法完全相同；
电感电流检测电路1和输出电流检测电路3可参照现有的各种具有电流检测和信号传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。
电容电压检测电路2可参照现有的各种具有电压检测和信号传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电压传感器辅以相应的信号处理电路。
期望电容储能计算电路4采用能够完成期望电容储能计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP(数字信号处理器)辅以相应的外围电路。
期望电感储能计算电路5采用能够完成期望电感储能计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
期望负载消耗能量计算电路6采用能够完成一个控制周期时间段内期望负载消耗能量计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。在计算过程中，如果控制周期的时间选取太长，则会削弱电源输出动态性能的提升效果；如果控制周期的时间选取太短，则控制效果又会受到干扰信号和系统误差等因素的明显影响，因此控制周期时间的选取可以根据实际需求来确定，一般可令其等于电力电子器件M1的开关周期时间或者开关周期时间的整数倍。
期望总能量计算电路7采用能够对三路输入信号进行加法运算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
实际电感储能计算电路8采用能够完成实际电感储能计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
实际电容储能计算电路9采用能够完成实际电容储能计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
实际负载消耗能量计算电路10采用能够完成一个控制周期时间段内实际负载消耗能量计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。该电路所采用的控制周期时间与期望负载消耗能量计算电路6所采用的控制周期时间相同。
负载辨识电路11采用能够根据获得的输出电压和输出电流信号，完成电源负载等效电阻值计算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
实际总能量计算电路12采用能够对三路输入信号进行加法运算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
运算电路13采用能够完成减法运算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。
控制器电路14采用能够对输入信号进行PID运算，并具有信号传递功能的电路来实现，例如单片机或者DSP辅以相应的外围电路。PID控制器参数的设计方法可采用现有的各种设计方法。
PWM信号电路15采用能够根据输入的调制信号生成PWM信号，并且能够对该PWM信号进行电气隔离和功率放大处理的现有各种电路来实现。
实施方法二
主电路采用Buck电路的其他拓扑结构形式，或者其他形式的DC/DC变换电路。
当主电路中的电容和电感器件的数量、安放位置与图1所示的主电路不同时，每一个电容都需要有对应的端电压检测电路，以及对应的期望储能计算电路和实际储能计算电路；每一个电感都需要有对应的电流检测电路，以及对应的期望储能计算电路和实际储能计算电路；期望总能量计算电路7和实际总能量计算电路12的输入通道的数量和运算规则也需要进行相应的调整。
其他设计方法与实施方法一相同。
本发明提出的能量闭环控制的直流电源，具体由主电路和控制电路两大部分构成。主电路采用的是标准的Buck电路，其中包括电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1等，以上这些器件的连接方式与标准Buck电路中的器件连接方式完全相同，输入端用于与外部电源连接，输出端用于与外部负载连接。控制电路包括电感电流检测电路1、电容电压检测电路2、输出电流检测电路3、期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5、期望负载消耗能量计算电路6、期望总能量计算电路7、实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10、负载辨识电路11、实际总能量计算电路12、运算电路13、控制器电路14、PWM信号电路15等组成部分。控制电路各组成部分的连接关系如下所述：外界提供的电源输出电压给定值信号Uref分别接至期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的对应输入端；期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的输出端分别接至期望总能量计算电路7的对应输入端；期望总能量计算电路7的输出端接至运算电路13的对应输入端；电感电流检测电路1与主电路的连接方式应能实现其对电感L1的电流进行检测，电感电流检测电路1的检测信号输出端与实际电感储能计算电路8的输入端连接；电容电压检测电路2并联在电容C1的两端，其检测信号输出端分别与实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10、负载辨识电路11的对应输入端连接；输出电流检测电路3与主电路的连接方式应能实现其对主电路的输出电流进行检测，其检测信号输出端分别与实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11的对应输入端连接；实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9和实际负载消耗能量计算电路10的输出端分别接至实际总能量计算电路12的对应输入端；负载辨识电路11的输出端分别与期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的对应输入端连接；实际总能量计算电路12的输出端接至运算电路13的对应输入端；运算电路13的输出端与控制器电路14的输入端连接；控制器电路14的输出端与PWM信号电路15的输入端连接；PWM信号电路15的输出端与主电路中电力电子器件M1的控制端连接。
主电路和控制电路中各个组成部分的功能如下所述：
电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1连接构成Buck型电力变换电路，将输入端的直流电压转换为输出端负载所需要的直流电压；
电感电流检测电路1的作用是对主电路电感L1的电流进行实时检测，并将检测结果传送至实际电感储能计算电路8；
电容电压检测电路2的作用是对主电路的输出电压进行实时检测，并将检测结果分别传送至实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11；
输出电流检测电路3的作用是对主电路的输出电流进行实时检测，并将检测结果分别传送至实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11；
期望电容储能计算电路4的作用是根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电容C1所存储的能量(简称为期望电容储能)，并将计算结果传送至期望总能量计算电路7；
期望电感储能计算电路5的作用是根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路11提供的电源负载等效电阻值信号，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电感L1所存储的能量(简称为期望电感储能)，并将计算结果传送至期望总能量计算电路7；
期望负载消耗能量计算电路6的作用是根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路11提供的电源负载等效电阻值信号，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电源负载在一个控制周期时间段内所消耗的能量(简称为期望负载消耗能量)，并将计算结果传送至期望总能量计算电路7；
期望总能量计算电路7的作用是对三路输入信号进行加法运算，即根据获得的期望电容储能、期望电感储能和期望负载消耗能量，通过加法运算而计算出三者之和(简称为期望总能量)，并将计算结果传送至运算电路13；
实际电感储能计算电路8的作用是根据获得的电感电流信号，计算出当前电感L1的实际储能大小(简称为实际电感储能)，并将计算结果传送至实际总能量计算电路12；
实际电容储能计算电路9的作用是根据获得的输出电压信号，计算出电容C1的实际储能大小(简称为实际电容储能)，并将计算结果传送至实际总能量计算电路12；
实际负载消耗能量计算电路10的作用是根据获得的输出电压信号和输出电流信号，计算出电源负载在当前时刻的前一个控制周期时间段内所消耗的能量(简称为实际负载消耗能量)，并将计算结果传送至实际总能量计算电路12；
负载辨识电路11的作用是根据获得的输出电压信号和输出电流信号，计算出电源负载的等效电阻值，并将计算结果传送至期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6；
实际总能量计算电路12的作用是对三路输入信号进行加法运算，即根据获得的实际电容储能、实际电感储能和实际负载消耗能量，通过加法运算而计算出三者之和(简称为实际总能量)，并将计算结果传送至运算电路13；
运算电路13的作用是对两路输入信号进行减法运算，即计算期望总能量减实际总能量的差值，并将计算结果传送至控制器电路14；
控制器电路14的功能是进行PID(比例、积分、微分)运算，即根据运算电路13提供的差值信号，经过PID运算后生成调制信号，并将该调制信号传送至PWM信号电路15；
PWM信号电路15的功能是根据输入的调制信号生成主电路中电力电子器件M1所需的驱动信号，即PWM信号(脉宽调制信号)，该驱动信号被送至电力电子器件M1的控制端，最终实现对电力电子器件M1的通、断控制。
本发明提出的能量闭环控制的直流电源在运行时，输入端与外部电源连接，输出端与负载连接，其具体工作原理如下所述：
实际电感储能计算电路8根据电感电流检测电路1检测并传送来的电感电流值，计算出实际电感储能；实际电容储能计算电路9根据电容电压检测电路2检测并传送来的输出电压值，计算出实际电容储能；实际负载消耗能量计算电路10根据电容电压检测电路2检测并传送来的输出电压值和输出电流检测电路3检测并传送来的输出电流值，计算出实际负载消耗能量；实际总能量计算电路12根据实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9和实际负载消耗能量计算电路10提供的信号，通过加法运算而计算出实际总能量；负载辨识电路11根据电容电压检测电路2检测并传送来的输出电压值和输出电流检测电路3检测并传送来的输出电流值，计算出电源负载的等效电阻值；期望电容储能计算电路4根据电源输出电压给定值信号Uref，计算出期望电容储能；期望电感储能计算电路5根据电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路11提供的电源负载等效电阻值计算出期望电感储能；期望负载消耗能量计算电路6根据电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路11提供的电源负载等效电阻值，计算出期望负载消耗能量；期望总能量计算电路7根据期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6提供的信号，通过加法运算而计算出期望总能量；运算电路13计算出期望总能量减实际总能量的差值；该差值经过控制器电路14的PID运算后，生成调制信号；PWM信号电路15将调制信号转化为电力电子器件M1所需的PWM驱动信号，实现对电力电子器件M1的通、断控制。
在实际运行过程中，当电源的实际总能量小于期望总能量时，运算电路13计算出的差值为正，控制器电路14生成的调制信号的幅值不断变大，PWM信号电路15输出的PWM信号的占空比也持续变大(假设电力电子器件M1为高电平导通)，在一个开关周期时间段内电力电子器件M1的导通时间延长，进而输入端的外界电源可以为主电路和负载提供更多的能量，主电路中的电感和电容储能增加，输出电压升高，最终实际总能量不断增加。当电源的实际总能量大于期望总能量时，运算电路13计算出的差值为负，控制器电路14生成的调制信号的幅值不断减小，PWM信号电路15输出的PWM信号的占空比也持续减小，在一个开关周期时间段内电力电子器件M1的导通时间缩短，输入端的外界电源为主电路和负载提供的能量减少，即实际总能量不断减少。因此本发明提出的电源在稳态运行时，其实际总能量必然等于期望总能量，即电源的实际输出电压等于输出电压给定值(根据电感、电容储能计算公式和直流负载消耗能量计算公式可知，稳态运行时如果实际输出电压高于输出电压给定值，则实际总能量必然会大于期望总能量；而当实际输出电压低于输出电压给定值，则实际总能量必然会小于期望总能量)。

Claims (2)

1.一种能量闭环控制的直流电源，其特征在于：包括主电路和控制电路两部分，主电路为标准Buck电路；控制电路包括：电感电流检测电路(1)、电容电压检测电路(2)、输出电流检测电路(3)、期望电容储能计算电路(4)、期望电感储能计算电路(5)、期望负载消耗能量计算电路(6)、期望总能量计算电路(7)、实际电感储能计算电路(8)、实际电容储能计算电路(9)、实际负载消耗能量计算电路(10)、负载辨识电路(11)、实际总能量计算电路(12)、运算电路(13)、控制器电路(14)、PWM信号电路(15)；
外界提供的电源输出电压给定值信号Uref分别接至期望电容储能计算电路(4)、期望电感储能计算电路(5)和期望负载消耗能量计算电路(6)的对应输入端；期望电容储能计算电路(4)、期望电感储能计算电路(5)和期望负载消耗能量计算电路(6)的输出端分别接至期望总能量计算电路(7)的对应输入端；期望总能量计算电路(7)的输出端接至运算电路(13)的对应输入端；电感电流检测电路(1)对电感(L1)的电流进行检测，电感电流检测电路(1)的检测信号输出端与实际电感储能计算电路(8)的输入端连接；电容电压检测电路(2)并联在电容(C1)的两端，电容电压检测电路(2)检测信号输出端分别与实际电容储能计算电路(9)、实际负载消耗能量计算电路(10)、负载辨识电路(11)的对应输入端连接；输出电流检测电路(3)对主电路的输出电流进行检测，输出电流检测电路(3)检测信号输出端分别与实际负载消耗能量计算电路(10)和负载辨识电路(11)的对应输入端连接；实际电感储能计算电路(8)、实际电容储能计算电路(9)和实际负载消耗能量计算电路(10)的输出端分别接至实际总能量计算电路(12)的对应输入端；负载辨识电路(11)的输出端分别与期望电感储能计算电路(5)和期望负载消耗能量计算电路(6)的对应输入端连接；实际总能量计算电路(12)的输出端接至运算电路(13)的对应输入端；运算电路(13)的输出端与控制器电路(14)的输入端连接；控制器电路(14)的输出端与PWM信号电路(15)的输入端连接；PWM信号电路(15)的输出端与主电路中电力电子器件(M1)的控制端连接；
电力电子器件(M1)、电感(L1)、电容(C1)、续流二极管(D1)连接构成标准Buck电路，将输入端的直流电压转换为输出端负载所需要的直流电压；
电感电流检测电路(1)对主电路电感(L1)的电流进行实时检测，并将检测结果传送至实际电感储能计算电路(8)；
电容电压检测电路(2)对主电路的输出电压进行实时检测，并将检测结果分别传送至实际电容储能计算电路(9)、实际负载消耗能量计算电路(10)和负载辨识电路(11)；
输出电流检测电路(3)对主电路的输出电流进行实时检测，并将检测结果分别传送至实际负载消耗能量计算电路(10)和负载辨识电路(11)；
期望电容储能计算电路(4)根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电容(C1)所存储的能量，并将计算结果传送至期望总能量计算电路(7)；
期望电感储能计算电路(5)根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路(11)提供的电源负载等效电阻值信号，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电感(L1)所存储的能量，并将计算结果传送至期望总能量计算电路(7)；
期望负载消耗能量计算电路(6)根据外界提供的电源输出电压给定值信号Uref和负载辨识电路(11)提供的电源负载等效电阻值信号，计算出当实际输出电压等于输出电压给定值时电源负载在一个控制周期时间段内所消耗的能量，并将计算结果传送至期望总能量计算电路(7)；
期望总能量计算电路(7)对三路输入信号进行加法运算，即根据获得的期望电容储能、期望电感储能和期望负载消耗能量，通过加法运算而计算出三者之和，并将计算结果传送至运算电路(13)；
实际电感储能计算电路(8)根据获得的电感电流信号，计算出当前电感(L1)的实际储能，并将计算结果传送至实际总能量计算电路(12)；
实际电容储能计算电路(9)根据获得的输出电压信号，计算出电容(C1)的实际储能，并将计算结果传送至实际总能量计算电路(12)；
实际负载消耗能量计算电路(10)根据获得的输出电压信号和输出电流信号，计算出电源负载在当前时刻的前一个控制周期时间段内所消耗的能量，并将计算结果传送至实际总能量计算电路(12)；
负载辨识电路(11)根据获得的输出电压信号和输出电流信号，计算出电源负载的等效电阻值，并将计算结果传送至期望电感储能计算电路(5)和期望负载消耗能量计算电路(6)；
实际总能量计算电路(12)对三路输入信号进行加法运算，即根据获得的实际电容储能、实际电感储能和实际负载消耗能量，通过加法运算而计算出三者之和，并将计算结果传送至运算电路(13)；
运算电路(13)对两路输入信号进行减法运算，并将计算结果传送至控制器电路(14)；
控制器电路(14)根据运算电路(13)提供的差值信号进行PID运算，生成调制信号，并将该调制信号传送至PWM信号电路(15)；
PWM信号电路(15)根据输入的调制信号生成主电路中电力电子器件(M1)所需的驱动信号，驱动信号被送至电力电子器件(M1)的控制端，控制电力电子器件(M1)的通、断；
在实际运行过程中，当电源的实际总能量小于期望总能量时，运算电路(13)计算出的差值为正，控制器电路(14)生成的调制信号的幅值不断变大，PWM信号电路(15)输出的PWM信号的占空比也持续变大，假设电力电子器件(M1)为高电平导通，在一个开关周期时间段内电力电子器件(M1)的导通时间延长，进而输入端的外界电源可以为主电路和负载提供更多的能量，主电路中的电感和电容储能增加，输出电压升高，最终实际总能量不断增加； 当电源的实际总能量大于期望总能量时，运算电路(13)计算出的差值为负，控制器电路(14)生成的调制信号的幅值不断减小，PWM信号电路(15)输出的PWM信号的占空比也持续减小，在一个开关周期时间段内电力电子器件(M1)的导通时间缩短，输入端的外界电源为主电路和负载提供的能量减少，即实际总能量不断减少。
2.根据权利要求1所述的一种能量闭环控制的直流电源，其特征在于：所述主电路为Buck电路的其他拓扑结构形式，或者其他形式的DC/DC变换电路。
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