CN109075708B - 用于优化设置在用于升压转换器的调节回路中的数字调节器的运行的方法、调节回路和计算机程序产品 - Google Patents

用于优化设置在用于升压转换器的调节回路中的数字调节器的运行的方法、调节回路和计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

根据本发明提出一种用于优化数字调节器(30)的运行的方法,该数字调节器设置在用于升压转换器的调节回路(50)中。所述方法包括以下方法步骤:在所述升压转换器的运行中分析处理(S1)所述数字调节器(30)的至少一个输出参量。根据分析处理的至少一个输出参量估计(S2)所述调节回路(50)的对象(20)中的瞬态负载电阻值(RL)。在所述升压转换器的运行中根据所估计的瞬态负载电阻值(RL)调整(S3)所述数字调节器(30)的至少一个调节器系数。根据本发明,所述至少一个调节器系数的调整中的变化引起所述调节回路(50)中的单位增益频率的变化。此外,提供一种用于升压转换器的调节回路(50),所述调节回路具有数字调节器(30),所述调节回路设置用于执行根据本发明的方法的步骤。此外,提供一种具有能够被计算执行的程序代码的计算机程序产品,该程序代码用于执行根据本发明的方法。

Description

用于优化设置在用于升压转换器的调节回路中的数字调节器 的运行的方法、调节回路和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种用于优化数字调节器的运行的方法,该数字调节器设置在用于升压转换器的调节回路中,该方法包括以下方法步骤:在升压转换器的运行中分析处理数字调节器的至少一个输出参量。根据分析处理的至少一个输出参量来估计调节回路的对象(Strecke)中的瞬态负载电阻值,以及在升压转换器的运行中根据所估计的瞬态负载电阻值来调整数字调节器的至少一个调节器系数。
背景技术
升压转换器——其也称为升压调节器(Hochsetzsteller)、步升转换器(英语step-up-converter)或增压转换器(英语boost-converter)——将输入电压U1转换成更高的输出电压U2。该升压转换器用于许多电池馈电的设备,在这些设备中——例如在笔记本电脑、移动电话或各种家用器具中,电子装置需要比电池电压更高的电压。图1中示出现有技术的升压转换器。那里示出的升压转换器1具有电感L、二极管Di、电容C和以预确定的时钟操控的开关装置S。
通常,升压转换器连接在如下调节回路中:在该调节回路中并且由该调节回路控制升压转换器的运行。如今,这种调节回路内的主要元件是所谓的数字调节器,借助该数字调节器可以在调节回路中准确地调整和调节升压转换器的运行。为了设计用于升压转换器的调节回路,对调节回路的对象进行建模。在此,升压转换器的、在建模范畴内待确定的所谓的对象传递函数(Streckeübertragungsfunktion)取决于调节回路的不同参数。这些系数例如尤其包括负载电阻、输出电压、输入电压以及输出转换器的LC滤波器值,其中,该负载电阻在调节回路的对象中由升压转换器馈电。因此,对于不同的系数值得出不同的对象传递函数,并且对于这些不同的对象传递函数得出上述调节器的不同最佳配置。在此,每个调节器配置由调节器的不同参数的确定调整得出,使得两个不同的调节器配置在至少一个调节器系数的不同调整方面彼此不同。
在所有(上述)参数中——这些参数的变化能够对调节回路的对象传递函数产生影响,负载电阻的变化对升压转换器的调节回路的对象传递函数具有最大影响。升压转换器的对象传递函数在极点/零点图中具有所谓的右半平面零点(RHPZ,Right-Half-Plane-Zero),该右半平面零点对升压转换器的调节回路具有损害稳定性的影响。出于这个原因,在现有技术中,用于调节升压转换器的调节回路的单位增益频率(Transitfrequenz)fT被选择得明显低于能够对应于右半平面零点的频率。然而,能够对应于右半平面零点的频率随着负载电阻的增大而移动至更高频率,这将会允许,与负载电阻较小的情况下相比,在负载电阻较大的情况下调节回路的单位增益频率fT被选择得更大,由此可以实现更快的调节回路。
然而,在现有技术的升压转换器的调节回路中,通常选择唯一的、在很大程度上无法改变的调节器配置,并且随之确定单位增益频率fT,该单位增益频率即使在调节回路的对象中的负载情况发生变化时也保持不变。在调节器中通过适当选择调节器系数而预设的、不变的单位增益频率fT被如此具体地选择,使得始终覆盖最坏情况条件(Worst-Case-Bedingung)——在调节回路的对象中存在最小可能的负载电阻RL。然而这种过程导致,单位增益频率fT在与负载电阻RL无关的情况下持续很小,因此,调节回路通常很慢。
在图2中直观地示出这种关系。具体地,图2示出如下曲线图:在该曲线图中,随着调节回路的对象的负载电阻RL(以欧姆为单位)的变化绘制出:升压转换器的调节回路的能够在调节回路中的给定负载电阻RL情况下分别对应于相应右半平面零点RHPZ的频率、以及不同单位增益频率fTmax、fTinst(以赫兹为单位)。图2中的标有RHPZ的直线示出在给定负载电阻RL情况下能够分别对应于调节回路的右半平面零点的频率,该频率随着调节回路的对象中的负载电阻RL的增大而增大。标有fTmax的直线示出在给定负载电阻RL情况下最大允许的单位增益频率,在该单位增益频率情况下,调节回路可以可靠并且稳定地运行在最佳状态。标有fTinst的常数示出根据现有技术在调节器中预设的、不变的单位增益频率,从而图2中的灰色区域A描绘了调节回路的未使用潜力。
发明内容
根据本发明,提供一种用于优化数字调节器的运行的方法,该数字调节器设置在用于升压转换器的调节回路中。该方法包括以下方法步骤:在升压转换器的运行中分析处理数字调节器的至少一个输出参量。根据分析处理的至少一个输出参量来估计调节回路的对象中的瞬态负载电阻值。在升压转换器的运行中根据所估计的瞬态负载电阻值来调整数字调节器的至少一个调节器系数。根据本发明,至少一个调节器系数的调整中的变化引起调节回路中的单位增益频率的变化。
根据本发明的方法允许借助对负载电阻的高效估计方法实现:将调节回路的单位增益频率匹配于当前负载情况,或将调节回路的单位增益频率匹配于由于变化的负载情况引起的右半平面零点在极点/零点图中的移位。由此,可以实现升压转换器的明显更快的调节回路,该调节回路在大负载电阻的情况下具有明显更好的负载跳变特性(Lastsprungverhalten)。与现有技术不同,在根据本发明的方法的范畴内根据线圈电流来估计负载电阻,并且分析处理未实现成模拟部件的数字式调节器的输出参量,这能够实现调节回路的单位增益频率的简单匹配。
优选地,在升压转换器的运行中根据所估计的瞬态负载电阻值对数字调节器的至少一个调节器系数的调整相应于在升压转换器的运行中根据所估计的瞬态负载电阻值对数字调节器的至少一个调节器系数的匹配或再调整(nachjustieren)。
优选地,如果在估计步骤中所估计的负载电阻值大于之前估计的或初始考虑的负载电阻值,则调整至少一个调节器系数使单位增益频率增大。这种方法能够实现如下调节回路:该调节回路针对当前负载电阻具有最大的单位增益频率,这显著提高了调节的效率。
在一种优选实施方式中,如果所估计的负载电阻值小于之前估计的或初始考虑的负载电阻值,则调整至少一个调节器系数使单位增益频率减小。在该方法的这种实施方案情况下确保:调节回路在任何时间都能够稳定地运行。
优选地,调整至少一个调节器系数引起单位增益频率(fT)以量值ΔX减小或增大,其中ΔX∈[0Hz;20kHz]。此外优选地,调整至少一个调节器系数引起单位增益频率(fT)匹配于最大允许的单位增益频率fTmax,其中,对于fTmax适用如下公式关系:
fTmax=1/(2*Pi)*1/3*RL*(1-D)2/L
在该公式关系中,D相应于调节器的占空比,RL相应于对象中的负载电阻值,L相应于升压转换器的电感值。在该方法的这种实施方案中,始终可以针对负载电阻值RL的变化确定和调整或引起最大允许的单位增益频率fTmax中的相应变化。
优选地,数字调节器的在分析处理步骤中所分析处理的输出参量也可以是调节回路的输出参量或调节回路的对象的输出参量。
优选地,在调整数字调节器的至少一个调节器系数的步骤中所调整的或所匹配的或所再调整的调节器系数涉及数字调节器的系数a0、a1、b0和b1,其中,调节器的增益由如下得出:
DC_增益(RL)=K_nom*(-1+2/5*RL)
调节器的所匹配的零点优选由如下得出:
ωz(RL)=ωz,nom+(80*(RL-5))
而调节器的所匹配的极点优选由如下得出:
ωp(RL)=ωp,nom+(5000*(RL-5))
这些参数优选按照如下方式在计算调节器传递函数D(z)时被纳入:
Figure BDA0001784994310000041
其中,T相应于采样时间。这可以替代地描述为:
Figure BDA0001784994310000042
其中,借助
Figure BDA0001784994310000051
得出调节器的能够改变的调节器系数:
Figure BDA0001784994310000052
Figure BDA0001784994310000053
Figure BDA0001784994310000054
Figure BDA0001784994310000055
优选地,初始考虑的负载电阻值涉及在升压转换器开始运行或接通时预设的负载电阻值。
优选地,在分析处理至少一个输出参量的步骤中分析处理:调节回路的或对象的输出电压、调节器输出值、调节器的占空比和/或周期持续时间和/或升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压。在根据本发明的方法范畴内的这种分析处理能够实现准确地估计调节回路的对象中的负载电阻值。优选地,分析处理相应于对数字调节器的数字式存储的或给定的输出参量的读取,因此,这些输出参量不需要在分析处理步骤中被测量。此外优选地,在分析处理步骤中不进行对至少一个输出参量的测量。
优选地,调节器输出值“ReglerAus”在当前情况下理解为数字调节器的最终计算的值,该值作为调节参量被传递到对象上。
优选地,在考虑调节器输出值以及在考虑调节器的占空比的情况下,可以由在升压转换器的运行中流过升压转换器的二极管的电流来求取升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压。
优选地,在估计步骤中使用以下公式关系来估计负载电阻值:
Figure BDA0001784994310000056
其中,RL是对象中的负载电阻值,U输出是调节回路的或对象的输出电压值,“ReglerAus”是调节器的调节器输出电压值,U补偿,ss是升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值,D是调节器的占空比,R分流是用于升压转换器的线圈电流测量的分流电阻值,L是升压转换器的电感值,Tsw是调节器的周期持续时间。优选地,在分析处理步骤中,分析处理调节器的根据上述公式关系的所有用于估计负载电阻值所需的输出参量。这种主要由在升压转换器的运行中流过二极管的电流推导出的公式关系能够实现负载电阻的非常准确和可靠的估计。换句话说,该公式关系允许估计出负载电阻并且随之估计出流过负载电阻的负载电流,该公式关系可以在电流模式控制中针对升压转换器几何地求取。
优选地,该方法还包括:测量数字调节器的至少一个输出参量的步骤以及在估计瞬态负载电阻值的步骤中使用所测量的至少一个输出参量的步骤。借助该方法的这种实施变型方案,可以通过附加地进行输出参量的测量来消除这些输出参量中的波动或不准确性。对公式关系中所列举的至少一个、若干或所有输出参量的测量能够实现更准确地估计负载电阻值。
优选地,测量的和使用的至少一个输出参量是调节回路的或对象的输出电压值、调节器的调节器输出值、升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值、调节器的占空比、调节器的输入电压值和/或调节器的周期持续时间。优选地,所测量的和所使用的输出参量包括:调节回路的或对象的输出电压值、调节器的调节器输出值、升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值、调节器的占空比、调节器的输入电压值和/或调节器的周期持续时间。在这种实施方案中,在该方法的范畴内进行负载电阻的非常准确的估计,并且相应地进行升压转换器的调节回路的单位增益频率的非常可靠的匹配或调整或再调整。
特别优选地,测量占空比并且将其用于公式关系。可以分析处理占空比并且可以将其无损耗地代入公式关系中。然而在实际中,占空比通常由于损耗而大一些,这可以通过对占空比进行附加测量来考虑。此外优选地,测量调节器的输入电压并且将其用于估计目的的公式关系中。
优选地,单位增益频率的量值在任何时间都小于如下频率量值:该频率量值能够对应于调节回路的传递函数的处于极点/零点图右半平面中的零点。此外优选地,单位增益频率的量值在任何时间都明显小于如下频率量值或比如下频率量值小得多:该频率量值能够对应于调节回路的传递函数的处于极点/零点图右半平面中的零点。此外优选地,单位增益频率在任何时间都位于调节回路的传递函数的处于极点/零点图右半平面中的零点的下方。通过满足该条件确保:调节回路以及因此升压转换器能够在任何时间都可靠地并且稳定地运行。
此外优选地,提供一种用于升压转换器的调节回路,该调节回路具有数字调节器,该调节回路设置用于执行根据本发明的方法的步骤。在此,之前针对该方法提到的优点在调节回路的运行范畴内得以实现。
此外,提供一种计算机程序产品,该计算机程序产品具有可计算机执行的程序代码,该程序代码用于当所述程序在设备上运行时执行根据本发明的方法。在此,之前针对该方法提到的优点在设备上运行程序的范畴内得以实现。
本发明的有利扩展方案在从属权利要求中说明并且在说明书中描述。
附图说明
根据附图和以下描述进一步阐述本发明的实施例。附图示出:
图1示出现有技术的升压转换器;
图2示出如下曲线图:在该曲线图中,随着调节回路的对象的负载电阻RL(以欧姆为单位)的变化绘制出:升压转换器的调节回路的能够在调节回路中的给定负载电阻RL情况下分别对应于相应右半平面零点RHPZ的频率、以及不同单位增益频率fTmax、fTinst(以赫兹为单位)。;
图3示出用于升压转换器的根据本发明的调节回路的一种实施例的方框图,该调节回路具有数字调节器,在该数字调节器的运行中使用根据本发明的方法的实施例;
图4示出如下曲线图:在该曲线图中,随着时间变化绘制出在升压转换器的运行中流过升压转换器的二极管的电流,根据该电流可以几何地推导出用于估计负载电阻值的公式关系;
图5示出在实施根据本发明的方法的一种实施例的情况下运行的、设置在用于升压转换器的调节回路中的数字调节器与根据现有技术的方法运行的调节器之间的性能比较。
具体实施方式
图3中示出用于升压转换器的根据本发明的调节回路50的一种实施例的方框图,该调节回路具有数字调节器30,在该升压转换器的运行中使用根据本发明的方法的实施例。调节回路50包括调节对象(Regelstrecke)40和反馈35。在根据本发明的调节回路50的这种实施例的调节对象40内布置有数字调节器30,该数字调节器具有自身的调节器反馈回路10。调节器反馈回路10在调节器反馈回路10内具有自身的反馈环节15。在图3中示出的调节回路50中,升压转换器连同由该升压转换器馈电的负载电阻RL或该升压转换器的部件被考虑在具有对象20的调节对象40内。此外,调节回路50在调节对象40中具有数/模转换器6,该数/模转换器将升压转换器的调节器30的数字输出参量
Figure BDA0001784994310000081
转换成模拟输出参量y。此外,在调节回路50的反馈35中设有模/数转换器4,借助该模/数转换器,在对象20的输出端上量取模拟调节参量a——升压调节器的输出端上的输出电压,并且出于反馈目的而将该模拟调节参量转换成数字调节参量
Figure BDA0001784994310000082
在调节回路50的减法环节2中,将从外部馈入到调节回流50中的数字期望值
Figure BDA0001784994310000083
与之前由模拟转换成数字的数字调节参量
Figure BDA0001784994310000085
合并成数字调节偏差
Figure BDA0001784994310000084
该数字调节偏差
Figure BDA0001784994310000086
是数字调节器30的输入参量,该数字调节器需要该输入参量用于给升压转换器提供数字输出参量
Figure BDA0001784994310000087
——例如用于提供升压转换器的输出电压U输出或占空比D(称为Duty Cycle)。通过具有反馈环节15的调节器反馈回路10,数字调节器30的数字输出参量
Figure BDA0001784994310000089
中的不期望偏差被调整掉(ausregeln)。借助调节对象40中的数/模转换器6将数字输出参量
Figure BDA0001784994310000088
转换成模拟输出参量y并且提供给对象20、尤其提供给升压转换器。
在根据本发明的方法的这种实施例范畴内,在该方法的第一方法步骤S1中,在升压转换器的运行中纯示例性地分析处理:调节回路50的或对象20的输出电压值U输出、调节器30的调节器输出值“ReglerAus”、升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值U补偿,ss、调节器30的占空比D和调节器30的周期持续时间Tsw。调节器30的这些输出参量不在调节回路50中被测量,而是被数字地读取。然而,也可以实施其他根据本发明的方法,在这些方法中,在第一方法步骤范畴内在升压转换器的运行中分析处理调节器30或调节回路50的更少的、更多的或其他的输出参量,例如仅分析处理调节回路50的或对象20的输出电压U输出,或者仅分析处理调节器输出值“ReglerAus”,然而或者分析处理调节器30的完全不同的输出值。也可以实施根据本发明的如下方法:在该方法中,分析处理远多于以上列举的输出参量的输出参量。在这种方法中,例如可以在在未分析处理的输出参量方面进行估计的范畴内,以其他方式和方法使用所存储的或所测量的输出值。在该方法的这种实施例中,数字式地存储用于线圈电流测量的分流电阻值R分流、升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的值U补偿,ss、占空比(Duty Cycle)、开关频率、调节回路的或对象的输出电压以及升压转换器的电感值L。
在该实施例的第二方法步骤S2中,根据所分析处理的输出参量估计调节回路50的对象20中的瞬态负载电阻值RL。在此,在该方法的这种实施例中纯示例性地根据以下公式关系实现该估计:
Figure BDA0001784994310000091
其中,RL是对象中的负载电阻值,U输出是调节回路50或对象20的输出电压值、“ReglerAus”是调节器的调节器输出值,U补偿,ss是升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值,D是调节器的占空比,R分流是用于升压转换器的线圈电流测量的分流电阻值,L是升压转换器的电感值,Tsw是调节器的周期持续时间。然而,在根据本发明的方法的其他实施例中,也可以相应于另一公式关系进行估计,该公式关系与在该实施例中用于估计的公式关系不同。在针对图4的描述中阐述该公式关系的几何推导。
在此,可以纯示例性地由数字计算单元或另一逻辑单元进行第二方法步骤S2中的估计。也可以在调节回路50之外进行估计。在该实施例中纯示例性地由数字计算单元5进行估计,该数字计算单元设置在数字调节器30内部并且在图3中示意性示出。
在该方法的第三方法步骤S3中,根据在升压转换器的运行中所估计的瞬态负载电阻值RL来调整数字调节器30的不同调节器系数,其中,至少一个调节器系数的调整中的变化引起调节回路30中的单位增益频率fT的变化。换句话说,在该实施例的第三方法步骤S3中,根据所估计的负载电阻值RL如此再调整或匹配调节器30的不同调节器系数,使得只要存在这样的变化,就使调节回路30中的单位增益频率fT匹配于右半平面零点的位置的变化。在图3的方框图中,为清楚起见,借助数字调节器30的方框上的-/+符号示意性示出对调节器系数的调整,该调整对单位增益频率fT产生影响。这仅出于便于理解的目的。在这种实施例中,在该方法范畴内在调节回路50内进行调节器系数的调整,在该调整的情况下,可以在第三方法步骤S3范畴内基于负载电阻估计来调整、匹配或再调整调节器30的更少的、更多的和/或其他的调节器系数。
在这种实施例中,如果在估计步骤S2中所估计的负载电阻值RL大于之前估计的或初始考虑的负载电阻值RL,则在第三方法步骤S3中对调节器系数的调整纯示例性地导致单位增益频率fT增大。同样地,如果所估计的负载电阻值RL小于之前估计的或初始考虑的负载电阻值RL,则在第三方法步骤S3中对调节器系数的调整导致单位增益频率fT减小。因此,通过调整或匹配调节器系数,调节回路的单位增益频率fT始终匹配于右半平面零点在极点/零点图中的位置。为了清楚起见应提出:如果在方法步骤S2中所估计的负载电阻值RL相对于之前估计的或初始调整的负载电阻值RL保持不变,则在该实施例的范畴内不进行调节器系数的调整、匹配或再调整。在该实施例中,同样纯示例性地由数字计算单元5进行调节器系数的调整。但是也可以实现其他实施例,在这些实施例中,由其他单元或装置或以其他方式和方法进行调整。
在该实施例中,如上所述,不进行调节器30的输出参量的测量。然而,也可以实施根据本发明的如下方法:在该方法中,除了或替代分析处理该调节器的输出参量,例如对调节器30的各个输出参量进行测量。通过输出参量的这种附加测量,可以消除由这些输出参量表现出的波动并且可以改善负载电阻值RL的估计。
图4示出如下曲线图:在该曲线图中,随时间T变化示出在如图1所示的升压转换器1的运行中流过该升压转换器的二极管Di的电流IDi,根据该电流可以几何地推导出用于估计负载电阻值RL的公式关系。具体地,在图4中示出在图1中示出的开关装置S的断开状态中或闭合状态中流过同样在图1中示出的二极管Di的电流IDi。在开关装置S的闭合状态中流过二极管Di的电流是0A。在开关装置S的断开状态中,流过二极管Di的电流根据电感的电流/电压特性曲线在每个断开周期内斜坡状地在时间上线性下降。在此,ΔI表示由也称为峰值电流(Peak-Strom)的流过二极管Di的峰电流IS与流过二极管Di的最小电流构成的差。流过升压转换器的电感L(参见图1)的平均线圈电流I电感,m根据I电感,m=Is-(ΔI)/2得出。对于流过借助升压转换器馈电的负载电阻RL的负载电流IL适用的是:IL=(1-D)*I电感,m,其中,D相应于调节器30的占空比。
对于ΔI适用的是:
Figure BDA0001784994310000111
其中,U输入是对象30的输入电压值,L是升压转换器的电感值,Tsw是调节器30的周期持续时间。然后可以得出峰电流IS
Figure BDA0001784994310000112
其中,“ReglerAus”是调节器30的调节器输出值,U补偿,ss是升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值(参见图4),R分流是用于升压转换器的线圈电流测量的分流电阻值(未示出)。负载电流IL由如下等式得出:
Figure BDA0001784994310000113
其中,U输出是调节回路50的或对象20的输出电压。这被代入到欧姆定律中,然后得出用于估计负载电阻RL所寻求的公式关系:
Figure BDA0001784994310000114
图5示出在实施根据本发明的方法的实施例的情况下运行的、设置在用于升压转换器的调节回路50中的数字调节器30与用于升压转换器的现有技术的调节回路中的根据现有技术的方法运行的调节器之间的性能比较。具体地,图5示出如下曲线图:在该曲线图中,随着以秒为单位的时间的变化绘制出两个比较调节回路的输出电压U输出。在此,根据本发明运行的调节回路50的输出电压变化过程以实线示出,而根据现有技术的方法运行的调节回路的输出电压变化过程以虚线示出。在图5中以双箭头示出电压跳变的量值ΔU输出——即在改变调节回路中的负载情况的情况下比较调节回路的输出电压峰值或输出电压幅度量值。
在图5中可以明显看出,与根据现有技术的方法运行的调节器的情况下相比,在具有按照根据本发明的方法运行的调节器30的调节回路的情况下,由于负载情况变化导致的输出电压U输出中的电压跳变ΔU输出明显更小。这归因于如下:根据本发明的方法显著缩短了调节回路中的调节器的反应时间。因此,按照根据本发明的方法运行的调节器可以对调节回路50的对象20中的负载电阻值RL中的波动更快地作出反应。当前,在图5中示出的输出电压变化过程中测量的电压跳变ΔU输出纯示例性地是ΔU输出1=0.1V;ΔU输出2=0.31V;ΔU输出3=0.3V和ΔU输出4=0.1V。
基于负载电阻跳变时的输出电压U输出测量,还表明使用了根据本发明的方法的一种实施例。电压骤变ΔU输出近似取决于ΔIL——从而取决于分别所基于的负载电阻变化ΔRL、输出电容C(参见图1)以及调节回路的相应单位增益频率fT
通常适用关系ΔU输出=(ΔIL)/(C*2πfT)。
因此,在具有相同ΔIL并且具有不同绝对值的电流跳变的情况下,也就是说,例如在比较从1A到1.2A的负载电流跳变ΔIL与从0.3A到0.5A的负载电流跳变ΔIL的情况下,能够通过不同大小的电压骤变ΔU输出看出单位增益频率fT的变化。此外,在测量调节回路在不同负载电阻RL情况下的开环频率响应时可以看出:调节回路的单位增益频率fT发生变化,因此提供了自适应机制。
虽然已经详细地通过优选实施例进一步说明和描述了本发明,但是本发明不局限于所公开的示例,并且本领域技术人员可以由此推导出其他变型方案,而不偏离于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于优化数字调节器(30)的运行的方法,所述数字调节器设置在用于升压转换器的调节回路(50)中,所述方法包括以下方法步骤:
在所述升压转换器的运行中分析处理(S1)所述数字调节器(30)的至少一个输出参量;
根据所分析处理的至少一个输出参量来估计(S2)所述调节回路(50)的对象(20)中的瞬态负载电阻值(RL);
在所述升压转换器的运行中根据所估计的瞬态负载电阻值(RL)来调整(S3)所述数字调节器(30)的至少一个调节器系数,
其中,
所述至少一个调节器系数的调整中的变化引起所述调节回路(50)中的单位增益频率(fT)的变化,
其中,在所述估计(S2)步骤中使用用于估计所述负载电阻值(RL)的以下公式关系:
Figure FDA0002625610470000011
其中,RL是所述对象(20)中的负载电阻值,U输出是所述调节回路(50)的或所述对象(20)的输出电压值、“ReglerAus”是所述调节器(30)的调节器输出值,U补偿,ss是所述升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值,D是所述调节器(30)的占空比,R分流是用于所述升压转换器的线圈电流测量的分流电阻值,L是所述升压转换器的电感值,Tsw是所述调节器(30)的周期持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,如果在所述估计(S2)步骤中所估计的负载电阻值(RL)大于之前估计的或初始考虑的负载电阻值(RL),则调整(S3)所述至少一个调节器系数导致所述单位增益频率(fT)增大。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中,如果所估计的负载电阻值(RL)小于之前估计的或初始考虑的负载电阻值(RL),则调整(S3)所述至少一个调节器系数导致所述单位增益频率(fT)减小。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中,在分析处理(S1)所述至少一个输出参量的步骤中分析处理:所述调节回路(50)的或所述对象(20)的输出电压(U输出)、调节器输出值(ReglerAus)、所述调节器(30)的占空比(D)和/或所述调节器的周期持续时间(Tsw)和/或所述升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压(U补偿,ss)。
5.根据权利要求1或2所述的方法,所述方法还包括测量(S4)所述数字调节器(30)的至少一个输出参量的步骤以及在估计(S2)所述瞬态负载电阻值(RL)的步骤中使用(S5)所测量的至少一个输出参量的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述至少一个测量的和使用的输出参量是:所述调节回路(50)的或所述对象(20)的输出电压值(U输出)、所述调节器(30)的调节器输出值(ReglerAus)、所述升压转换器的补偿斜坡的从峰到峰的电压值(U补偿,ss)、所述调节器(30)的占空比(D)、所述调节器(30)的输入电压值(U输入)和/或所述调节器(30)的周期持续时间(Tsw)。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述单位增益频率(fT)的量值在任何时间都小于如下频率量值:所述频率量值能够对应于所述调节回路(50)的传递函数在极点/零点图的右半平面中的零点。
8.一种用于升压转换器的调节回路(50),所述调节回路具有数字调节器(30),所述调节回路设置用于执行根据以上权利要求中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机程序产品,所述计算机程序产品具有可计算机执行的程序代码,所述程序代码用于当程序在设备上运行时执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104038048A (zh) * 2013-03-04 2014-09-10 Nxp股份有限公司 升压转换器
CN104289489A (zh) * 2014-07-29 2015-01-21 江苏苏美达五金工具有限公司 基于无刷直流电机的高压清洗机驱动系统及方法
CN105323931A (zh) * 2015-11-17 2016-02-10 江苏豪迈照明科技有限公司 一种led驱动电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09182426A (ja) * 1995-12-27 1997-07-11 Ricoh Co Ltd スイッチング電源装置及びそれを使用した画像形成装置
US8014879B2 (en) * 2005-11-11 2011-09-06 L&L Engineering, Llc Methods and systems for adaptive control
JP4107508B2 (ja) * 2006-03-17 2008-06-25 三菱電機株式会社 電圧変換装置
US7893674B2 (en) * 2007-09-26 2011-02-22 Qualcomm, Incorporated Switch mode power supply (SMPS) and methods thereof
US7977928B2 (en) * 2009-03-17 2011-07-12 Microsemi Corporation Method and apparatus for modifying right half-plane zero in a cascaded DC-DC buck-boost converter
US8569956B2 (en) * 2009-06-04 2013-10-29 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices
CN102780395B (zh) * 2012-07-09 2015-03-11 昂宝电子(上海)有限公司 用于增强电源变换系统的动态响应的系统和方法
US9160229B2 (en) * 2013-03-14 2015-10-13 Texas Instruments Incorporated DC-DC converter
US9093899B2 (en) * 2013-09-30 2015-07-28 Micrel, Inc. Timer based PFM exit control method for a boost regulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104038048A (zh) * 2013-03-04 2014-09-10 Nxp股份有限公司 升压转换器
CN104289489A (zh) * 2014-07-29 2015-01-21 江苏苏美达五金工具有限公司 基于无刷直流电机的高压清洗机驱动系统及方法
CN105323931A (zh) * 2015-11-17 2016-02-10 江苏豪迈照明科技有限公司 一种led驱动电路

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