CN109586570B - Dcdc转换器控制方法及装置、dcdc转换器 - Google Patents

Dcdc转换器控制方法及装置、dcdc转换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DCDC转换器控制方法及装置、DCDC转换器，所述方法包括：采集DCDC转换器输入电流实际值；确定DCDC转换器输入电流目标值；对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，获得第一PID控制量；通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比。本发明通过引进PID闭环控制，能够有效防止DCDC转换器输出电压过冲异常。

Description

DCDC转换器控制方法及装置、DCDC转换器
技术领域
本发明涉及DCDC转换器技术领域，具体为一种DCDC转换器控制方法及装置、DCDC转换器。
背景技术
DCDC转换器是进行直流电变换的装置，主要工作方式为利用开关元件把直流电斩成脉冲波，通过调节脉冲波的占空比来改变电压。在对DCDC转换器输入电压为恒压(CV)或输入电流为恒流(CC)的控制情况下，其输出电压即母线电压通常处于开环状态。针对上述情况，现有技术中的控制方式为不断升高DCDC转换器输出电压，直至触发母线过压保护，之后母线恢复正常，系统重新启动，即采用打嗝启动方式直至系统正常运行，上述方式存在以下问题：
1、可能需要重复启动多次方可实现系统正常运行；
2、打嗝启动方式可能多次出现过冲电压，易造成不必要的器件损伤，影响产品性能和寿命。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种在输入电压为恒压或输入电流为恒流的基础上，引进PID闭环控制防止输出电压过冲异常的DCDC转换器控制方法及装置，同时还提供了具有该种DCDC转换器控制装置的DCDC转换器。
本发明的技术手段是：
一种DCDC转换器控制方法，包括：
采集DCDC转换器输入电流实际值；
确定DCDC转换器输入电流目标值；
对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，获得第一PID控制量；
通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比；
进一步的，在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，所述DCDC转换器输入电流目标值根据如下步骤进行确定：
设定DCDC转换器输入电压目标值；
采集DCDC转换器输入电压实际值；
对所述DCDC转换器输入电压目标值、所述DCDC转换器输入电压实际值进行PID控制运算，并采用预设控制值对PID控制运算结果进行限幅，获得第二PID控制量；
将所述第二PID控制量作为DCDC转换器输入电流目标值；
进一步的，在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，所述DCDC转换器输入电流目标值根据如下步骤进行确定：
设定DCDC转换器输入电流目标值；
确定DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值；
将所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值作为DCDC转换器输入电流目标值；
进一步的，所述预设控制值通过如下步骤得出：
设定DCDC转换器输出电压目标值；
采集DCDC转换器输出电压实际值；
对所述DCDC转换器输出电压目标值、所述DCDC转换器输出电压实际值进行PID控制运算，获得第三PID控制量；
将所述第三PID控制量作为预设控制值；
进一步的，所述DCDC转换器输出电压目标值低于DCDC转换器过压保护阈值。
一种DCDC转换器控制装置，包括：
第一采集单元，其用于采集DCDC转换器输入电流实际值；
第一获取单元，其用于确定DCDC转换器输入电流目标值；
与所述第一采集单元、第一获取单元相连接的第一PID控制器，该第一PID控制器用于对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，并获得第一PID控制量；
与所述第一PID控制器、所述DCDC转换器包括的开关元件相连接的第一控制单元，所述第一控制单元用于通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比；
进一步的，在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，所述第一获取单元包括：
第一设定模块，其用于设定DCDC转换器输入电压目标值；
第一采集模块，其用于采集DCDC转换器输入电压实际值；
与所述第一设定模块、第一采集模块相连接的第二PID控制器，该第二PID控制器用于对所述DCDC转换器输入电压目标值、所述DCDC转换器输入电压实际值进行PID控制运算，并采用预设控制值对PID控制运算结果进行限幅，获得第二PID控制量；所述第二PID控制量作为DCDC转换器输入电流目标值；
进一步的，在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，所述第一获取单元包括：
第二设定模块，其用于设定DCDC转换器输入电流目标值；
与所述第二设定模块相连接的第一比较模块，该第一比较模块用于确定DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值；所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值作为DCDC转换器输入电流目标值；
进一步的，所述预设控制值通过第二获取单元得出，该第二获取单元包括：
第三设定模块，其用于设定DCDC转换器输出电压目标值；
第二采集模块，其用于采集DCDC转换器输出电压实际值；
与所述第三设定模块、第二采集模块相连接的第三PID控制器，该第三PID控制器用于对所述DCDC转换器输出电压目标值、所述DCDC转换器输出电压实际值进行PID控制运算，并获得第三PID控制量；所述第三PID控制量作为预设控制值。
一种DCDC转换器，其具有上述所述的DCDC转换器控制装置。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的DCDC转换器控制方法及装置、DCDC转换器，所述DCDC转换器控制方法及装置，在DCDC转换器输入电压为恒压或输入电流为恒流的情况下，通过引进PID闭环控制，能够有效防止DCDC转换器输出电压过冲异常，进而解决了现有控制方式需要重复启动多次方可实现系统正常运行的问题，以及避免了打嗝启动方式多次出现过冲电压而导致的不必要器件损伤问题，本发明产品性能更好、有利于有效延长产品使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的DCDC转换器控制方法的流程图；
图2是本发明实施例2的步骤2的流程图；
图3是本发明实施例3的步骤2的流程图；
图4是本发明实施例4中得出所述预设控制值的流程图；
图5是本发明实施例5的DCDC转换器控制装置的结构框图；
图6是本发明实施例6中第一获取单元的结构框图；
图7是本发明实施例7中第一获取单元的结构框图；
图8是本发明实施例8中第二获取单元的结构框图；
图9是在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，本发明PID控制的示例图；
图10是在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，本发明PID控制的示例图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种DCDC转换器控制方法，图1是本发明实施例1的DCDC转换器控制方法的流程图，如图1所示，所述DCDC转换器控制方法可以包括如下步骤：
步骤1：采集DCDC转换器输入电流实际值；所述DCDC转换器输入电流实际值可以通过电流检测电路或电流采样部件获得；
步骤2：确定DCDC转换器输入电流目标值；所述DCDC转换器输入电流目标值即期待DCDC转换器输入电流达到的值；
步骤3：对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，获得第一PID控制量；所述第一PID控制量可由PID控制部件得出，也可以通过计算机程序获得；
步骤4：通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比，进而实现DCDC转换器输出电压的调节；所述DCDC转换器的电路结构可以为Boost拓扑结构、Buck拓扑结构、Buck-Boost拓扑结构等；
现有的DCDC转换器一般通过母线连接负载，在进行输入电压恒压(CV)控制或输入电流恒流(CC)控制情况下，若母线负载未及时启动，则容易发生以下问题：可能需要重复启动多次方可实现系统正常运行；打嗝启动方式可能多次出现过冲电压，易造成不必要的器件损伤，影响产品性能和寿命。通过实施例1所述的DCDC转换器控制方法，通过引进PID闭环控制，能够有效防止DCDC转换器输出电压过冲异常，进而解决了现有控制方式需要重复启动多次方可实现系统正常运行的问题，以及避免了打嗝启动方式多次出现过冲电压而导致的不必要器件损伤问题。
图2是本发明实施例2的步骤2的流程图，该实施例是在实施例1基础上进一步改进的实施例，如图2所示，在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，所述DCDC转换器输入电流目标值可以根据如下步骤进行确定：
步骤2A1：设定DCDC转换器输入电压目标值；所述DCDC转换器输入电压目标值可以通过用户设定部件或输入部件来设定；
步骤2A2：采集DCDC转换器输入电压实际值；所述DCDC转换器输入电压实际值可以通过电压检测电路或电压采样部件获得；
步骤2A3：对所述DCDC转换器输入电压目标值、所述DCDC转换器输入电压实际值进行PID控制运算，并采用预设控制值对PID控制运算结果进行限幅，即采用所述预设控制值对该PID控制运算产生的结果进行幅值限制，使得PID控制运算结果幅值不超过预设控制值，进而获得第二PID控制量；所述第二PID控制量可由PID控制部件得出，也可以通过计算机程序获得；
步骤24：将所述第二PID控制量作为DCDC转换器输入电流目标值。
图3是本发明实施例3的步骤2的流程图，该实施例是在实施例1基础上进一步改进的实施例，如图3所示，进一步的，在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，所述DCDC转换器输入电流目标值可以根据如下步骤进行确定：
步骤2B1：设定DCDC转换器输入电流目标值；所述DCDC转换器输入电流目标值可以通过用户设定部件或输入部件来设定；
步骤2B2：确定DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值；所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值可以通过比较器来获得；当DCDC转换器输入电流目标值小于预设控制值，所述比较器输出DCDC转换器输入电流目标值，当预设控制值小于DCDC转换器输入电流目标值，所述比较器输出预设控制值；
步骤2B3：将所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值作为DCDC转换器输入电流目标值；
图4是本发明实施例4中得出所述预设控制值的流程图，该实施例是在实施例2或3基础上进一步改进的实施例，如图4所示，进一步的，所述预设控制值可以通过如下步骤得出：
步骤C：设定DCDC转换器输出电压目标值；所述DCDC转换器输出电压目标值可以通过用户设定部件或输入部件来设定；
步骤D：采集DCDC转换器输出电压实际值；所述DCDC转换器输出电压实际值可以通过电压检测电路或电压采样部件获得；
步骤E：对所述DCDC转换器输出电压目标值、所述DCDC转换器输出电压实际值进行PID控制运算，获得第三PID控制量；所述第二PID控制量可由PID控制部件得出，也可以通过计算机程序获得；
步骤F：将所述第三PID控制量作为预设控制值；获得的预设控制值或者用于对步骤2A3中的PID控制运算结果进行限幅，即采用所述预设控制值对该PID控制运算产生的结果进行幅值限制，使得PID控制运算结果幅值不超过预设控制值，或者用于步骤2B2中与DCDC转换器输入电流目标值进行比较；
作为实施例4基础上的优选实施例，进一步的，所述DCDC转换器输出电压目标值低于DCDC转换器过压保护阈值。
本发明还提供了一种DCDC转换器控制装置，图5是本发明实施例5的DCDC转换器控制装置的结构框图，如图5所示，所述DCDC转换器控制装置可以包括：用于采集DCDC转换器输入电流实际值的第一采集单元，用于确定DCDC转换器输入电流目标值的第一获取单元，与所述第一采集单元、第一获取单元相连接的第一PID控制器，以及与所述第一PID控制器、所述DCDC转换器包括的开关元件相连接的第一控制单元；所述第一PID控制器用于对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，并获得第一PID控制量；所述第一控制单元用于通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比，进而控制所述DCDC转换器输出电压。
图6是本发明实施例6中第一获取单元的结构框图，该实施例是在实施例5基础上进一步改进的实施例，如图6所示，在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，所述第一获取单元可以包括：用于设定DCDC转换器输入电压目标值的第一设定模块，用于采集DCDC转换器输入电压实际值的第一采集模块，以及与所述第一设定模块、第一采集模块相连接的第二PID控制器；所述第二PID控制器用于对所述DCDC转换器输入电压目标值、所述DCDC转换器输入电压实际值进行PID控制运算，并采用预设控制值对PID控制运算结果进行限幅，即采用所述预设控制值对该PID控制运算产生的结果进行幅值限制，使得PID控制运算结果幅值不超过预设控制值，获得第二PID控制量；所述第二PID控制量作为DCDC转换器输入电流目标值。
图7是本发明实施例7中第一获取单元的结构框图，该实施例是在实施例5基础上进一步改进的实施例，如图7所示，在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，所述第一获取单元包括：用于设定DCDC转换器输入电流目标值的第二设定模块，以及与所述第二设定模块相连接的第一比较模块；所述第一比较模块用于确定DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值；所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值作为DCDC转换器输入电流目标值。
图8是本发明实施例8中第二获取单元的结构框图，该实施例是在实施例6或7基础上进一步改进的实施例，所述预设控制值可以通过第二获取单元得出，如图8所示，该第二获取单元可以包括：用于设定DCDC转换器输出电压目标值的第三设定模块，用于采集DCDC转换器输出电压实际值的第二采集模块，以及与所述第三设定模块、第二采集模块相连接的第三PID控制器；所述第三PID控制器用于对所述DCDC转换器输出电压目标值、所述DCDC转换器输出电压实际值进行PID控制运算，并获得第三PID控制量；所述第三PID控制量作为预设控制值。
图9是在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，本发明PID控制的示例图，如图9所示，本发明通过引进双电压PID环路控制(第三PID控制器所在环路、第二PID控制器所在环路)、单电流PID环路控制(第一PID控制器所在环路)的方式完成DCDC转换器的输入恒压(CV)控制。图10是在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，本发明PID控制的示例图，如图10所示，本发明通过引进单电压环路控制(第三PID控制器所在环路)、单电流环路控制(第一PID控制器所在环路)的方式完成DCDC转换器输入恒流(CC)控制。
第一PID控制器所在环路、第二PID控制器所在环路、第三PID控制器所在环路所采用的PID控制公式为
Figure BDA0001908734660000091
其中，u(k)为PID控制运算结果、KP为比例增益、e(k)为设定值与目标值之间的误差值、j＝0、1、……k、Ki为积分增益、Kd为微分增益、Δt为控制周期。其中，比例增益KP、积分增益Ki、微分增益Kd对于不同的第一PID控制器所在环路、第二PID控制器所在环路、第三PID控制器所在环路取值可以不同，比例增益KP、积分增益Ki、微分增益Kd的参数确定以实际PID整定结果为准，PID整定方法可以为手动整定或自动整定，具体地，比如临界比例度法、衰减曲线法、继电反馈法自整定等。
本发明可以实现在DCDC转换器母线负载未启动时，以DCDC转换器输出电压目标值作为参考，使得母线电压稳定在DCDC转换器输出电压目标值附近，不会触发母线过压保护；当母线负载启动，则以DCDC转换器输出电压目标值作为参考，会在过冲之前自动平衡母线电压，具体地，在母线电压未超过DCDC转换器输出电压目标值的情况下，通过PID控制逐步放开第一PID控制量的幅值限制，在母线电压超过DCDC转换器输出电压目标值的情况下，通过PID控制缩减及限制第一PID控制量的幅值，进而达到在过冲前平衡母线电压的目的；所述DCDC转换器输出电压目标值低于DCDC转换器过压保护阈值。所述母线负载可以为另一级DCDC转换器、逆变器、电子负载等。本发明通过引进PID闭环控制，能够有效防止DCDC转换器输出电压过冲异常，进而解决了现有控制方式需要重复启动多次方可实现系统正常运行的问题，以及避免了打嗝启动方式多次出现过冲电压而导致的不必要器件损伤问题，本发明产品性能更好、有利于有效延长产品使用寿命。
如图9所示，本发明通过引进双电压PID环路控制(第三PID控制器所在环路、第二PID控制器所在环路)、单电流PID环路控制(第一PID控制器所在环路)的方式完成DCDC转换器的输入恒压(CV)控制。图10是在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，本发明PID控制的示例图，如图10所示，本发明通过引进单电压环路控制(第三PID控制器所在环路)、单电流环路控制(第一PID控制器所在环路)的方式完成DCDC转换器输入恒流(CC)控制。
本发明还提供了一种DCDC转换器，其具有上述所述的DCDC转换器控制装置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种DCDC转换器控制方法，其特征在于,所述方法应用于DCDC转换器的电路结构包括Boost拓扑结构、Buck拓扑结构或Buck-Boost拓扑结构，所述方法包括：
采集DCDC转换器输入电流实际值；
确定DCDC转换器输入电流目标值；
对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，获得第一PID控制量；
通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比；
当DCDC输入电压为恒压的情况下，采用的控制模式为第三PID控制器所在环路、第二PID控制器所在环路的双电压PID环路控制和第一PID控制器所在环路的单电流PID环路控制，所述DCDC转换器输入电流目标值如下步骤确定：
设定DCDC转换器输入电压目标值；
采集DCDC转换器输入电压实际值；
对所述DCDC转换器输入电压目标值、所述DCDC转换器输入电压实际值进行PID控制运算，并采用预设控制值对PID控制运算结果进行限幅，获得第二PID控制量；
将所述第二PID控制量作为DCDC转换器输入电流目标值；
当DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，采用的控制模式为第三PID控制器所在环路的单电压环路控制和第一PID控制器所在环路的单电流PID环路控制，所述DCDC转换器输入电流目标值根据如下步骤进行确定：
设定DCDC转换器输入电流目标值；
确定DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值；
将所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值作为DCDC转换器输入电流目标值；
所述预设控制值通过如下步骤得出：
设定DCDC转换器输出电压目标值；
采集DCDC转换器输出电压实际值；
对所述DCDC转换器输出电压目标值、所述DCDC转换器输出电压实际值进行PID控制运算，获得第三PID控制量；
将所述第三PID控制量作为预设控制值。
2.根据权利要求1所述的DCDC转换器控制方法，其特征在于所述DCDC转换器输出电压目标值低于DCDC转换器过压保护阈值。
3.一种DCDC转换器控制装置，其特征在于所述装置包括：
第一采集单元，其用于采集DCDC转换器输入电流实际值；
第一获取单元，其用于确定DCDC转换器输入电流目标值；
与所述第一采集单元、第一获取单元相连接的第一PID控制器，该第一PID控制器用于对所述DCDC转换器输入电流实际值、所述DCDC转换器输入电流目标值进行PID控制运算，并获得第一PID控制量；
与所述第一PID控制器、所述DCDC转换器包括的开关元件相连接的第一控制单元，所述第一控制单元用于通过所述第一PID控制量控制所述DCDC转换器包括的开关元件占空比；
在DCDC转换器输入电压为恒压的情况下，所述第一获取单元包括：
第一设定模块，其用于设定DCDC转换器输入电压目标值；
第一采集模块，其用于采集DCDC转换器输入电压实际值；
与所述第一设定模块、第一采集模块相连接的第二PID控制器，该第二PID控制器用于对所述DCDC转换器输入电压目标值、所述DCDC转换器输入电压实际值进行PID控制运算，并采用预设控制值对PID控制运算结果进行限幅，获得第二PID控制量；所述第二PID控制量作为DCDC转换器输入电流目标值；
在DCDC转换器输入电流为恒流的情况下，所述第一获取单元包括：
第二设定模块，其用于设定DCDC转换器输入电流目标值；
与所述第二设定模块相连接的第一比较模块，该第一比较模块用于确定DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值；所述DCDC转换器输入电流目标值、预设控制值中的较小值作为DCDC转换器输入电流目标值；
所述预设控制值通过第二获取单元得出，该第二获取单元包括：
第三设定模块，其用于设定DCDC转换器输出电压目标值；
第二采集模块，其用于采集DCDC转换器输出电压实际值；
与所述第三设定模块、第二采集模块相连接的第三PID控制器，该第三PID控制器用于对所述DCDC转换器输出电压目标值、所述DCDC转换器输出电压实际值进行PID控制运算，并获得第三PID控制量；所述第三PID控制量作为预设控制值。
4.一种DCDC转换器，其特征在于所述DCDC转换器具有权利要求3所述的DCDC转换器控制装置。
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