CN110350780B - 一种基于能量控制的直流升压电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量控制的直流升压电源，包括主电路和控制电路，主电路为标准Boost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、负载辨识电路、控制电压计算电路、控制电流计算电路、关断时间计算电路、关断时间内外部电源输出能量计算电路、关断时间内电路输出能量计算电路、电感能量变化计算电路、电容能量变化计算电路、运算电路、条件驱动电路，本发明提出的直流升压电源的控制电路，在控制过程中，将电感、电容、负载、外部输入、调节时间都纳入控制策略中，利用能量平衡的原理直接实现输出电压控制，无需传统PID控制器中的控制器参数设计和调试过程，因此方法简单、易于实现。

Description

一种基于能量控制的直流升压电源

技术领域

本发明涉及一种以电路中的能量关系为判据实现输出电压控制的直流升压电源技术，属于直流电源技术领域。

背景技术

随着数字电路电源电压的电压调节标准变得更加严格，对高动态性能功率转换器的需求也在增加。到目前为止，PID控制器仍然是转换器最常用的控制方法之一。经典PID控制的原理简单，具有适应能力强、控制器设计简单和控制成本低等优点。但是也具有局限性，首先，PID控制器的结构不够完善，积分和微分环节易出现饱和现象，且微分环节对噪声敏感，抗干扰能力差。其次，基于PID的输出反馈控制的目的是基于目标误差而不是基于模型的控制，动态响应较慢、控制效果较差。因此需要借助新的控制技术来改善直流电源的动态性能。

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无需传统PID控制器中的控制器参数设计和调试过程、方法简单、易于实现、动态性能更好的基于能量控制的直流升压电源。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于能量控制的直流升压电源，包括主电路和控制电路，主电路为标准Boost电路，包括电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1；

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、负载辨识电路4、控制电压计算电路5、控制电流计算电路6、关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、电感能量变化计算电路10、电容能量变化计算电路11、运算电路12、条件驱动电路13；

电感电流检测电路1对主电路中电感L1的电流进行检测，电感电流检测电路1的输出端分别与关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8和电感能量变化计算电路10的对应输入端连接；电容电压检测电路2并联在主电路电容C1的两端，对输出电压进行检测，电容电压检测电路2的输出端分别与负载辨识电路4、关断时间计算电路7、关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13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的输出端与负载辨识电路4的对应输入端连接；负载辨识电路4计算并输出负载等效电阻值R，负载辨识电路4的输出端分别与控制电压计算电路5、控制电流计算电路6、关断时间内电路输出能量计算电路9的对应输入端连接；外界提供的电源输出电压给定值U_ref分别接至控制电压计算电路5、控制电流计算电路6的对应输入端；稳态工作时的开关频率给定值f分别接至控制电压计算电路5、控制电流计算电路6的对应输入端；控制电压计算电路5的输出端分别与关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13的对应输入端连接；控制电流计算电路6的输出端分别与关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、电感能量变化计算电路10的对应输入端连接；关断时间计算电路7的输出端分别与关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、条件驱动电路13的对应输入端连接；关断时间内外部电源输出能量计算电路8的输出端与运算电路12的对应输入端连接；关断时间内电路输出能量计算电路9的输出端与运算电路12的对应输入端连接；电感能量变化计算电路10的输出端与运算电路12的对应输入端连接；电容能量变化计算电路11的输出端与运算电路12的对应输入端连接；运算电路12的输出与条件驱动电路13的对应输入端连接；条件驱动电路13的输出端与主电路中电力电子器件M1的控制端连接。

本发明的一种改进方案，外部输入端增加输入电压传感器14，输入电压传感器14的输出端分别接至控制电流计算电路6、关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、条件驱动电路13的对应输入端。

本发明还包括：

1.负载等效电阻值R满足：

其中，u_o为输出电压，i_o为输出电流。

2.控制电压计算电路5根据输出电压给定值U_ref、开关频率给定值f、负载等效电阻值R，主电路电容C1的电容值C计算并输出控制电压u_con，u_con满足：

u_con为在考虑电压纹波的前提下输出电压所允许的最大幅值。

3.所述控制电流计算电路6计算并输出控制电流i_con，i_con满足：

i_con为保证主电路性能的电感电流的下限参考值，U_ref是根据输出电压给定值，f是开关频率给定值，R是负载等效电阻值，U_in是已知的主电路输入端的直流电压，L是主电路电感L1的电感值。

4.所述关断时间计算电路7计算并输出电感电流下降至控制电流需要的关断时间t_off，t_off满足：

其中，i_L是电感电流检测电路1检测出的电感电流，u_o是电容电压检测电路2检测出的输出电压，当t_off小于零则令关断时间等于零。

5.所述关断时间内外部电源输出能量计算电路8根据关断时间计算电路7的关断时间信息计算并输出关断时间内外部电源提供的输入能量W_in，假设在当前时刻开始电力电子器件M1关断t_off时长，则W_in满足：

6.关断时间内电路输出能量计算电路9根据关断时间计算电路7的关断时间信息计算并输出关断时间内主电路的输出能量W_out，假设在当前时刻开始电力电子器件M1关断t_off时长，则W_out满足：

其中，负号表明此输出能量是被负载消耗掉的。

7.电感能量变化计算电路10计算并输出电感能量变化量ΔW_L，ΔW_L满足：

所述电容能量变化计算电路11计算并输出电容能量变化量ΔW_C，ΔW_C满足：

8.运算电路12对关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、电感能量变化计算电路10、电容能量变化计算电路11的输出信号进行加法运算，将加法运算结果作为能量判据传送至条件驱动电路13；

条件驱动电路13根据输入信号完成以下逻辑判断和输出控制：当主电路的输出电压小于主电路输入端的外部电源电压，即u_o<U_in时，输出频率为开关频率给定值f、定占空比的驱动信号；当主电路的输出电压大于等于外部电源电压，且小于等于控制电压时，即U_in≤u_o≤u_con，若t_off>0，则在运算电路12计算出的能量判据大于等于零的时刻，条件驱动电路13输出低电平，令电力电子器件M1关断，并且在后续根据此时计算出的t_off时间长度内保持输出为低电平不变，并且在此期间条件驱动电路13停止逻辑判断，直至t_off时长的延时结束再重新进行判断和输出控制，在其他情况下条件驱动电路13的输出为高电平；当u_o>u_con时，条件驱动电路13的输出保持为低电平。

本发明有益效果：本发明针对基于传统PID控制策略设计的Boost型直流电源存在的动态性能较差的问题，提出了一种新的控制策略，并设计出具体的控制电路，用于改善Boost电路的动态性能。

(1)本发明提出的直流升压电源的控制电路，在控制过程中，将电感、电容、负载、外部输入、调节时间都纳入控制策略中，利用能量平衡的原理直接实现输出电压控制，无需传统PID控制器中的控制器参数设计和调试过程，因此方法简单、易于实现。

(2)本发明提出的直流升压电源的控制电路，在动态过程中，根据电路中的能量关系，直接控制电力电子器件的导通或关断，加快了能量流动，缩短了输出电压的调节时间，提升了电源的动态性能。

(3)本发明提出的直流升压电源的控制电路，在控制过程中充分考虑了电感和电容的储能变化，因此可有效抑制由于电感、电容储能过剩而产生的输出电压超调现象。

附图说明

图1为直流电源结构示意图；

图2为实施方式二直流电源结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

本发明提出的直流升压电源，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Boost的电路，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Boost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、负载辨识电路4、控制电压计算电路5、控制电流计算电路6、关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、电感能量变化计算电路10、电容能量变化计算电路11、运算电路12、条件驱动电路13。

控制电路各组成部分的连接关系如下所述：电感电流检测电路1与主电路的连接方式应能实现其对主电路中电感L1的电流进行检测，其输出端分别与关断时间计算电路7、电感能量变化计算电路10的对应输入端连接；电容电压检测电路2并联在主电路电容C1的两端，用于对输出电压进行检测，其输出端分别与负载辨识电路4、关断时间计算电路7、关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13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，其输出端与负载辨识电路4的对应输入端连接；负载辨识电路4输出分别与控制电压计算电路5、控制电流计算电路6、关断时间内电路输出能量计算电路9的对应输入端连接；外界提供的电源输出电压给定值U_ref分别接至控制电压计算电路5、控制电流计算电路6的对应输入端；稳态工作时的开关频率给定值f分别接至控制电压计算电路5、控制电流计算电路6的对应输入端；控制电压计算电路5的输出端分别与关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13的对应输入端连接；控制电流计算电路6的输出端分别与关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、电感能量变化计算电路10的对应输入端连接；关断时间计算电路7的输出端分别与关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、条件驱动电路13的对应输入端连接；关断时间内外部电源输出能量计算电路8的输出端与运算电路12的对应输入端连接；关断时间内电路输出能量计算电路9的输出端与运算电路12的对应输入端连接；电感能量变化计算电路10的输出端与运算电路12的对应输入端连接；电容能量变化计算电路11的输出端与运算电路12的对应输入端连接；运算电路12的输出与条件驱动电路13的对应输入端连接；条件驱动电路13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Boost型电力变换电路，将输入端幅值恒定的直流电压(U_in)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(i_L)进行实时检测，并将检测结果传送至关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、电感能量变化计算电路10。

电容电压检测电路2的作用是对主电路的输出电压(u_o)进行实时检测，并将检测结果分别传送至负载辨识电路4、关断时间计算电路7、关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13。

输出电流检测电路3的作用是对主电路的输出电流(i_o)进行实时检测，并将检测结果传送至负载辨识电路4。

负载辨识电路4的作用是根据获得的输出电压信号和输出电流信号，利用公式(1)计算出负载等效电阻值(R)，并将计算结果传送至关断时间内电路输出能量计算电路9、控制电压计算电路5、控制电流计算电路6。

控制电压计算电路5的作用是根据输出电压给定值U_ref、开关频率给定值f、负载等效电阻值R，主电路电容C1的电容值C，利用公式(2)计算出控制电压(u_con)，该控制电压即为在考虑电压纹波的前提下输出电压所允许的最大幅值，并将计算结果传送至关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13的对应输入端。

控制电流计算电路6的作用是根据输出电压给定值U_ref、开关频率给定值f、负载等效电阻值R、已知的主电路输入端的直流电压(U_in)，利用公式(3)计算出控制电流(i_con)，该控制电流是保证主电路具有良好动态性能的电感电流的下限参考值，并将计算结果传送至关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、电感能量变化计算电路10。

关断时间计算电路7的作用是根据电感电流检测电路1检测出的电感电流、电容电压检测电路2检测出的输出电压、和控制电流计算电路6计算出的控制电流，利用公式(4)计算出电感电流下降至控制电流需要的关断时间(t_off)，若公式(4)的计算结果小于零则令关断时间等于零，并将最终结果传送至关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、条件驱动电路13。

关断时间内外部电源输出能量计算电路8的作用是根据关断时间计算电路7传递过来的关断时间信息，假设在当前时刻开始电力电子器件M1关断t_off时长，则利用公式(5)计算出关断时间内外部电源提供的输入能量(W_in)(即主电路的输入能量)，并将计算结果传送至运算电路12。

关断时间内电路输出能量计算电路9的作用是根据关断时间计算电路7传递过来的关断时间信息，假设在当前时刻开始电力电子器件M1关断t_off时长，则利用公式(6)计算出关断时间内主电路的输出能量(W_out)，并将计算结果传送至运算电路12，公式(6)中的负号表明此输出能量是被负载消耗掉的。

电感能量变化计算电路10是根据电感电流检测电路1检测出的电感电流、控制电流计算电路6计算出的控制电流，利用公式(7)计算出电感能量变化量(ΔW_L)，并将计算结果传送至运算电路12。

电容能量变化计算电路11的作用是根据电容电压检测电路2检测出的输出电压、控制电压计算电路5计算出的控制电压，利用公式(8)计算出电容能量变化量(ΔW_C)，并将计算结果传送至运算电路12。

运算电路12的作用是对四路输入信号进行加法运算，将加法运算结果作为能量判据传送至条件驱动电路13。

条件驱动电路13根据输入信号完成以下逻辑判断和输出控制：当主电路的输出电压小于主电路输入端的外部电源电压(即u_o<U_in)时，输出频率为开关频率给定值f、定占空比为50％(具体占空比的大小也可以根据实际需求设定)的驱动信号，进而控制电力电子器件M1导通(对应驱动信号为高电平)或者关断；当主电路的输出电压大于等于外部电源电压，且小于等于控制电压(即U_in≤u_o≤u_con)时，若关断时间计算电路7计算出的关断时间大于零(即t_off>0)，则在运算电路12计算出的能量判据大于等于零的时刻，条件驱动电路13输出低电平(即令电力电子器件M1关断)，并且根据此时计算出的t_off的大小，在后续的t_off时间长度内保持输出为低电平不变，并且在此期间条件驱动电路13停止逻辑判断，直至t_off时长的延时结束再重新进行判断和输出控制，在其他情况下(例如t_off＝0，或者t_off>0但是能量判据小于零)条件驱动电路13的输出为高电平；当主电路的输出电压大于控制电压(u_o>u_con)时，条件驱动电路13的输出保持为低电平。

工作原理

在本发明提出的直流升压电源，在主电路运行的过程中，其工作原理如下所述：

电感电流检测电路1对主电路中电感L1的电流进行实时检测，并将检测结果传送至关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、电感能量变化计算电路10；电容电压检测电路2对主电路中电容C1的端电压即输出电压进行实时检测，并将检测结果分别传送至负载辨识电路4、关断时间计算电路7、关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13；输出电流检测电路3对主电路的输出电流(i_o)进行实时检测，并将检测结果传送至负载辨识电路4；负载辨识电路4根据获得输入信号，利用公式(1)计算出负载等效电阻值(R)，并将计算结果传送至关断时间内电路输出能量计算电路9、控制电压计算电路5、控制电流计算电路6；控制电压计算电路5根据输入信号和已知的主电路电容C1的电容值C，利用公式(2)计算出控制电压(u_con)，该控制电压即为在考虑电压纹波的前提下输出电压所允许的最大幅值，并将计算结果传送至关断时间内电路输出能量计算电路9、电容能量变化计算电路11、条件驱动电路13的对应输入端；控制电流计算电路6根据输入信号和已知的主电路输入端的直流电压(U_in)，利用公式(3)计算出控制电流(i_con)，该控制电流是保证主电路具有良好动态性能的电感电流的下限参考值，并将计算结果传送至关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、电感能量变化计算电路10；关断时间计算电路7根据输入信号，利用公式(4)计算出电感电流下降至控制电流需要的关断时间(t_off)，若公式(4)的计算结果小于零则令关断时间等于零，并将最终结果传送至关断时间内外部电源输出能量计算电路8、关断时间内电路输出能量计算电路9、条件驱动电路13；关断时间内外部电源输出能量计算电路8根据关断时间计算电路7传递过来的关断时间信息，假设在当前时刻开始电力电子器件M1关断t_off时长，则利用公式(5)计算出关断时间内外部电源提供的输入能量(W_in)(即主电路的输入能量)，并将计算结果传送至运算电路12；关断时间内电路输出能量计算电路9根据关断时间计算电路7传递过来的关断时间信息，假设在当前时刻开始电力电子器件M1关断t_off时长，则利用公式(6)计算出关断时间内主电路的输出能量(W_out)，并将计算结果传送至运算电路12；电感能量变化计算电路10是根据输入信号，利用公式(7)计算出电感能量变化量(ΔW_L)，并将计算结果传送至运算电路12；电容能量变化计算电路11是根据输入信号，利用公式(8)计算出电容能量变化量(ΔW_C)，并将计算结果传送至运算电路12；运算电路12对四路输入信号进行加法运算，将加法运算结果作为能量判据传送至条件驱动电路13；条件驱动电路13通过对输入信号进行逻辑判断，分别执行以下三种控制模式：

(1)控制模式一，当主电路的输出电压小于主电路输入端的外部电源电压，即u_o<U_in时，执行该控制模式。在该控制模式下，条件驱动电路13输出频率为开关频率给定值f、定占空比为50％(具体占空比的大小也可以根据实际需求设定)的驱动信号，进而控制电力电子器件M1周期性的导通(对应驱动信号为高电平)或者关断，促使主电路的输出电压快速升高；

(2)控制模式二，当主电路的输出电压大于等于外部电源电压，且小于等于控制电压，即U_in≤u_o≤u_con时，执行该控制模式。在该控制模式下，首先判断输入信号t_off的大小，若t_off＝0，表明此时电感电流小于或等于控制电流，即电感电流幅值过小，电感储能无法满足主电路输出电压快速调节的要求，因此条件驱动电路13输出高电平驱动信号，电力电子器件M1处于导通状态，电感电流快速上升，电感L1储能持续增加；当t_off>0，但是运算电路12提供的能量判据小于零时，表明此时若关断电力电子器件M1，外部电源提供的输入能量和电感L1释放出的能量无法满足电力电子器件M1关断期间将电容C1充电至输出电压给定值和主电路负载的用电需求，输出电压仍然达不到输出电压给定值，因此条件驱动电路13输出高电平驱动信号，电力电子器件M1导通，电感L1继续增加储能；当t_off>0，同时运算电路12提供的能量判据大于等于零时，表明此时若关断电力电子器件M1，外部电源提供的输入能量和电感L1释放出的能量能够满足电力电子器件M1关断期间将电容C1充电至输出电压给定值和主电路负载的用电需求，并且能量可能还会过剩，此时条件驱动电路13的输出变为低电平驱动信号，并且在之后的t_off时间段内条件驱动电路13不仅保持输出为低电平不变，而且不再进行逻辑判断和输出控制，在这段时间内电力电子器件M1始终关断，电感L1处于放电状态，而电容C1开始充电直至输出电压达到(或近似达到)输出电压给定值，t_off时间段后条件驱动电路13重新开始逻辑判断和输出控制；

(3)控制模式三，当主电路的输出电压大于控制电压，即u_o>u_con时，执行该控制模式。由于u_o>u_con，输出电压已经超过了最大幅值，因此在该控制模式下，条件驱动电路13输出低电平驱动信号，驱动电力电子器件M1关断，电感电流开始下降至低于输出电流，而电容电压将先暂时上升后下降，进而实现输出电压的下降控制。

综上所述，本发明提出的直流升压电源不仅可以实现电源的升压稳态运行，而且通过直接的能量分析和控制，可缩短电源输出电压的动态调节时间，有效提升电源的动态性能。

实施方法一

主电路为标准的Boost型电路，其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电容C1、电感L1等器件的设计、选取方法与标准Boost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可以参考具有电流检测和信号传输功能的各种现有电路来设计和实现，比如，可以使用霍尔型电流传感器和相应的信号处理电路。

电容电压检测电路2可以参考具有电压检测和信号传输功能的各种现有电路来设计和实现，比如，可以使用霍尔型电压传感器和相应的信号处理电路。

负载辨识电路4采用能够接收电压、电流采样信号，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP(数字信号处理芯片)辅以必要的外围电路。

控制电压计算电路5采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

控制电流计算电路6采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

关断时间计算电路7采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

关断时间内外部电源输出能量计算电路8采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

关断时间内电路输出能量计算电路9采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

电感能量变化计算电路10采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

电容能量变化计算电路11采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

运算电路12采用能够接收外部信息，并具备数据处理和通讯功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

条件驱动电路13采用能够接收外部信息，并具备数据处理、通讯、PWM信号生成及隔离驱动功能的电路予以实现，比如可采用单片机或者DSP辅以必要的外围电路。

实施方法二

对于输入端电源电压不是恒定电压值的情况，在外部输入端增加输入电压传感器14，可以参考具有电压检测和信号传输功能的各种现有电路来设计和实现，比如，可以使用霍尔型电压传感器辅以相应的信号处理电路，将实际电压转换成数字或模拟信号。将其输出端分别接至控制电流计算电路6、关断时间计算电路7、关断时间内外部电源输出能量计算电路8、条件驱动电路13的对应输入端，其他电路设计与实施方法一保持一致，如图2所示。

Claims (10)

1.一种基于能量控制的直流升压电源，包括主电路和控制电路，其特征在于：主电路为标准Boost电路，包括电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1；

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)、负载辨识电路(4)、控制电压计算电路(5)、控制电流计算电路(6)、关断时间计算电路(7)、关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)、关断时间内电路输出能量计算电路(9)、电感能量变化计算电路(10)、电容能量变化计算电路(11)、运算电路(12)、条件驱动电路(13)；

电感电流检测电路(1)对主电路中电感L1的电流进行检测，电感电流检测电路(1)的输出端分别与关断时间计算电路(7)、关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)和电感能量变化计算电路(10)的对应输入端连接；电容电压检测电路(2)并联在主电路电容C1的两端，对输出电压进行检测，电容电压检测电路(2)的输出端分别与负载辨识电路(4)、关断时间计算电路(7)、关断时间内电路输出能量计算电路(9)、电容能量变化计算电路(11)、条件驱动电路(13)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)的输出端与负载辨识电路(4)的对应输入端连接；负载辨识电路(4)计算并输出负载等效电阻值R，负载辨识电路(4)的输出端分别与控制电压计算电路(5)、控制电流计算电路(6)、关断时间内电路输出能量计算电路(9)的对应输入端连接；外界提供的电源输出电压给定值U_ref分别接至控制电压计算电路(5)、控制电流计算电路(6)的对应输入端；稳态工作时的开关频率给定值f分别接至控制电压计算电路(5)、控制电流计算电路(6)的对应输入端；控制电压计算电路(5)的输出端分别与关断时间内电路输出能量计算电路(9)、电容能量变化计算电路(11)、条件驱动电路(13)的对应输入端连接；控制电流计算电路(6)的输出端分别与关断时间计算电路(7)、关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)、电感能量变化计算电路(10)的对应输入端连接；关断时间计算电路(7)的输出端分别与关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)、关断时间内电路输出能量计算电路(9)、条件驱动电路(13)的对应输入端连接；关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)的输出端与运算电路(12)的对应输入端连接；关断时间内电路输出能量计算电路(9)的输出端与运算电路(12)的对应输入端连接；电感能量变化计算电路(10)的输出端与运算电路(12)的对应输入端连接；电容能量变化计算电路(11)的输出端与运算电路(12)的对应输入端连接；运算电路(12)的输出与条件驱动电路(13)的对应输入端连接；条件驱动电路(13)的输出端与主电路中电力电子器件M1的控制端连接；

控制电压计算电路(5)根据输出电压给定值U_ref、开关频率给定值f、负载等效电阻值R，主电路电容C1的电容值C，计算出控制电压u_con；

控制电流计算电路(6)根据输出电压给定值U_ref、开关频率给定值f、负载等效电阻值R、已知的主电路输入端的直流电压U_in，计算出控制电流i_con；

关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)根据关断时间计算电路(7)传递过来的关断时间信息计算出关断时间内Boost电路连接的输入电源提供的输入能量W_in，并将计算结果传送至运算电路(12)；

运算电路(12)对关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)、关断时间内电路输出能量计算电路(9)、电感能量变化计算电路(10)和电容能量变化计算电路(11)输入的信号进行加法运算，将加法运算结果作为能量判据传送至条件驱动电路(13)；

条件驱动电路(13)根据运算电路(12)传送的输入信号完成逻辑判断和输出控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：外部输入端增加输入电压传感器(14)，输入电压传感器(14)的输出端分别接至控制电流计算电路(6)、关断时间计算电路(7)、关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)、条件驱动电路(13)的对应输入端。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述负载等效电阻值R满足：

其中，u_o为输出电压，i_o为输出电流。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述控制电压计算电路(5)根据输出电压给定值U_ref、开关频率给定值f、负载等效电阻值R，主电路电容C1的电容值C计算并输出控制电压u_con，u_con满足：

u_con为在考虑电压纹波的前提下输出电压所允许的最大幅值。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述控制电流计算电路(6)计算并输出控制电流i_con，i_con满足：

i_con为保证主电路性能的电感电流的下限参考值，U_ref是输出电压给定值，f是开关频率给定值，R是负载等效电阻值，U_in是已知的主电路输入端的直流电压，L是主电路电感L1的电感值。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述关断时间计算电路(7)计算并输出电感电流下降至控制电流需要的关断时间t_off，t_off满足：

其中，i_L是电感电流检测电路(1)检测出的电感电流，u_o是电容电压检测电路(2)检测出的输出电压，当t_off小于零则令关断时间等于零，i_con是控制电流，L是主电路电感L1的电感值，U_in是已知的主电路输入端的直流电压。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)根据关断时间计算电路(7)的关断时间信息计算并输出关断时间内外部电源提供的输入能量W_in，假设电力电子器件M1关断t_off时长，则W_in满足：

其中，U_in是已知的主电路输入端的直流电压，i_con是控制电流，i_L是主电路电感L1的电流。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述关断时间内电路输出能量计算电路(9)根据关断时间计算电路(7)的关断时间信息计算并输出关断时间内主电路的输出能量W_out，假设电力电子器件M1关断t_off时长，则W_out满足：

其中，负号表明此输出能量是被负载消耗掉的，u_o是主电路的输出电压，u_con是控制电压，R为负载等效电阻。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：所述电感能量变化计算电路(10)计算并输出电感能量变化量ΔW_L，ΔW_L满足：

所述电容能量变化计算电路(11)计算并输出电容能量变化量ΔW_C，ΔW_C满足：

其中，L是主电路电感L1的电感值，i_L是主电路电感L1的电流，i_con是控制电流，u_o是主电路的输出电压，u_con是控制电压，C是主电路电容C1的电容值。

10.根据权利要求1或2所述的一种基于能量控制的直流升压电源，其特征在于：运算电路(12)对关断时间内外部电源输出能量计算电路(8)、关断时间内电路输出能量计算电路(9)、电感能量变化计算电路(10)、电容能量变化计算电路(11)的输出信号进行加法运算，将加法运算结果作为能量判据传送至条件驱动电路(13)；

条件驱动电路(13)根据输入信号完成以下逻辑判断和输出控制：当主电路的输出电压小于主电路输入端的外部电源电压，即u_o<U_in时，输出频率为开关频率给定值f、定占空比的驱动信号；当主电路的输出电压大于等于外部电源电压，且小于等于控制电压时，即U_in≤u_o≤u_con，若t_off>0，则在运算电路(12)计算出的能量判据大于等于零的时刻，条件驱动电路(13)输出低电平，令电力电子器件M1关断，并且在后续t_off时间长度内保持输出为低电平不变，并且在此期间条件驱动电路(13)停止逻辑判断，直至t_off时长的延时结束再重新进行判断和输出控制，在其他情况下条件驱动电路(13)的输出为高电平；当u_o>u_con时，条件驱动电路(13)的输出保持为低电平。

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