CN111245240A - 基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法及系统 - Google Patents

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CN111245240A CN202010217965.1A CN202010217965A CN111245240A CN 111245240 A CN111245240 A CN 111245240A CN 202010217965 A CN202010217965 A CN 202010217965A CN 111245240 A CN111245240 A CN 111245240A
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Abstract

本发明涉及一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法及系统，该方法包括：根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，进行PI分级划分，包括封脉冲PI区、稳态PI区、分级PI区；并将分级PI区进一步划分为n个PI等级，包括第一分级PI区至第n分级PI区；将稳态PI区与第一分级PI区之间、以及分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区；当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从DCM切换至CCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。该方法利用PI多级切换方式与滞环控制方法，解决了PI参数大范围变化时，系统的震荡问题，输出电压的平滑过渡，实现两种工作模式的连续工作。

Description

基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法及 系统
技术领域
本发明属于Boost斩波电路控制技术领域，尤其涉及一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法及系统。
背景技术
现有Boost变换器具有结构简单、有控制等优势，而被广泛应用于储能系统、电动汽车、光伏系统、轨道交通等领域。Boost电路目前应用的主要有两电平与三电平两种电路拓扑，拓扑结构如图1所示，图1(a)为两电平Boost电路原理图，图1(b)三电平Boost电路原理图。与Buck电路类似，Boost变换器其工作模式分为电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)两种。Boost电路工作模式的临界条件为：1)当
Figure BDA0002425074510000011
时，系统为CCM模式；2)当
Figure BDA0002425074510000012
时，系统为临界状态；3)当
Figure BDA0002425074510000013
时，系统为DCM状态；其中，L为Boost电路升压电感、R为电路负载、T为开关管工作频率、d为开关管工作占空比。
不同工况模式下，其控制方法有所差异。例如专利CN104935159A提供了一种PFC电流断续模式的峰值电流控制方法、专利CN103746558A提供了一种风力发电变流器BOOST电路DCM模式控制方法，其针对电感电流断续模式(DCM)下的工作状态，通过数学建模及变频控制等方式，实现了Boost电路在DCM模式下的稳态运行。专利CN110112915A提供了一种基于二阶滑模控制的Boost DC-DC变换器的控制方法、专利CN109831094A提供了一种BoostPFC变换器的无模型预测电流控制系统及其控制方法，其针对Boost电路连续工作模式(CCM)下的控制方式，主要是通过输出电压及电感电流构成双环控制，实现Boost了电路在CCM模式下的稳定运行。
但上述专利均为DCM或CCM单一工况下Boost电路的控制方式，并未讨论Boost电路在断续模式与连续模式切换时的控制方式。在实际的大功率Boost电路工作场合，Boost电路需要在全负载工况下稳定运行，而由于Boost电路在DCM模式下输出特性较软，因此在DCM模式切换到CCM模式时，会出现输出电压失稳的情况。
因此，有必要针对Boost电路DCM与CCM工作模式切换工况，提出一种控制方法以稳定Boost电路输出电压，提高控制环路的稳定性。
发明内容
本发明针对现有Boost电路只工作在DCM或CCM单一模式下的问题，提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法及系统，该方法利用PI分级过渡方案，实现了两种工作模式的连续工作，输出电压的平滑过渡。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，所述Boost电路采用基于电压外环与电流内环级联控制方式；包括：
根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，进行PI分级划分，包括封脉冲PI区、稳态PI区、分级PI区；
根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，将分级PI区进一步划分为n个PI等级，包括第一分级PI区至第n分级PI区，其中:n>1；
将稳态PI区与第一分级PI区之间、以及分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区；
当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
优选的，根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，进行PI分级划分，包括封脉冲PI区、稳态PI区、分级PI区；其中:封脉冲PI区的PI值为0、封脉冲电压极小标志值Usp；稳态PI区的PI值表示为PI_稳态、且PI_稳态≠0，稳态电压极小标志值表示为UGTS1_2、且Usp>UGTS1_2。
优选的，根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，将分级PI区进一步划分为n个PI等级，包括第一分级PI区至第n分级PI区；其中:n>1,第一分级PI区的PI值表示为PI_1、第一分级电压极小标志值表示为UGTS2_2，且PI_1>PI_稳态、UGTS1_2>UGTS2_2；第n分级PI区的PI值表示为PI_n、第n分级电压极小标志值表示为UGTSn_2，且PI_n>PI_n-1、UGTSn-1_2>UGTSn_2。
优选的，将稳态PI区与第一分级PI区之间、以及分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区，则稳态PI区与第一分级PI区之间的滞环过渡区的滞环电压极大标志值为UGTS1_2、滞环电压极小标志值表示为UGTS1_1，且UGTS1_2>UGTS1_1>UGTS2_2；第n-1分级PI区与第n级PI区之间的滞环过渡区的滞环电压极大标志值为UGTSn_2、滞环电压极小标志值为UGTSn_1，且UGTSn_2>UGTSn_1>UGTSn+1_2。
优选的，当Boost电路从DCM切换至CCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值的方法为：
当Boost电路从DCM切换至CCM模式时，在Boost电路输出电压下降阶段，判断当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i是否不大于滞环电压极小标志值为UGTSn_1，若Uo_i≤UGTSn_1,则将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区的PI值；在Boost电路输出电压Uo_i上升阶段，判断当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i是否不小于滞环电压极大标志值为UGTSn_2，若Uo_i≥UGTSn_1,则将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区的PI值。
优选的，当Boost电路从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值的方法为：
当Boost电路从CCM切换至DCM模式时，若当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i不小于封脉冲电压极小标志值Usp，即Uo_i≥Usp，则当前Boost电路输出电压Uo_i属于封脉冲PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为0；若当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i小于封脉冲电压极小标志值Usp，即Uo_i<Usp，则当前Boost电路输出电压Uo_i属于稳态PI区，将电压环与电流环的当前PI值由0调整为PI_稳态。
优选的，若所述Boost电路为两电平Boost电路，则所述两电平Boost电路采用电压外环、电流内环、以及分级PI控制方式；还包括：
采集两电平Boost电路输出电压值U0，以及升压电感L的电流值Iin；
将输出电压值Uo送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback，并将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，并将电压环PI调节输出值作为电流环调节器的电流目标值Iin_ref；将电流值Iin作为电流环调节器的电流反馈值Iin_feedback，并将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，并将电流环PI调节输出值输入至PWM脉宽调制发生器产生驱动信号控制两电平Boost电路开关管的通断；
当两电平Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
优选的，若所述Boost电路为三电平Boost电路，则所述三电平Boost电路采用电压外环、电流内环、均压环、以及分级PI控制方式；还包括：
采集输出电容C1的电压值U1，输出电容C2的电压值U2，以及升压电感L的电流值Iin；
将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做和送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback，并将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，并将电压环PI调节输出值作为与电压环调节器级联的电流环调节器的电流目标值Iin_ref；将电流值Iin作为电流环调节器的电流反馈值Iin_feedback，并将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，并将电流环PI调节输出值作为PWM脉宽调制发生器基准值；
将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做差送入均压环调节器做均压反馈值Ub_feedback，并将均压反馈值Ub_feedback与给定的电压目标值Ub_ref代入均压环调节器，PI调制后，将均压环PI调节输出值与电流环PI调节输出值叠加送入PWM脉宽调制发生器产生驱动信号控制三电平Boost电路开关管的通断；
当三电平Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
本发明还提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，采用所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，包括Boost电路；系统还包括：
分级PI过渡调节器：用于当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
优选的，系统还包括：
电压环调节器：用于将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，得到电流环调节器的电流目标值Iin_ref；
电流环调节器：与所述电压环调节器级联，用于将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，得到电流环PI调节输出值。
优选的，所述Boost电路为两电平Boost电路时，系统还包括：
脉宽调制发生器PWM0：用于接收电流环PI调节输出值并产生两电平Boost电路开关管的驱动信号。
优选的，所述Boost电路为三电平Boost电路时，系统还包括：
均压环调节器：用于将均压反馈值Ub_feedback与给定的电压目标值Ub_ref代入均压环调节器，PI调制后，得到均压环PI调节输出值。
优选的，所述Boost电路为三电平Boost电路时，系统还包括：
第一加法器：用于将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做和送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback；
第一减法器：用于将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做差送入均压环调节器做均压反馈值Ub_feedback；
第二加法器：用于将电流环PI调节输出值与均压环PI调节输出值做和送入脉宽调制发生器PWM2，得到脉宽调制发生器PWM2的调制信号；
第二减法器：用于将电流环PI调节输出值与均压环PI调节输出值做差送入脉宽调制发生器PWM1，得到脉宽调制发生器PWM1的调制信号。
优选的，所述Boost电路为三电平Boost电路时，系统还包括：
脉宽调制发生器PWM1：用于接收脉宽调制发生器PWM1的调制信号并产生三电平Boost电路开关管Q1的驱动信号；
脉宽调制发生器PWM2：用于接收脉宽调制发生器PWM2的调制信号并产生三电平Boost电路开关管Q2的驱动信号。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明基于Boost电路采用基于电压外环与电流内环级联控制方式的基础上，利用PI分级过渡方案，提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法。与现有Boost电路只工作在DCM或CCM模式的控制方法相比，该方法利用PI多级切换方式，根据当前时刻时的Boost电路输出电压值，调整电压环与电流环的PI值，解决了PI参数大范围变化时，系统的震荡问题，实现了Boost电路DCM与CCM模式切换时，输出电压的平滑过渡，实现两种工作模式的连续工作。同时，利用滞环控制方法，将稳态PI区与第一分级PI区之间、分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区，以增加模式切换时的稳定性，解决了电压震荡导致的PI参数频繁切换问题。同时，根据该分级PI过渡控制方法，本发明还提供了相应的控制系统，对两电平Boost电路与三电平Boost电路进行控制。
附图说明
图1为现有两电平Boost电路、三电平Boost电路原理图；
图2为现有两电平Boost电路、三电平Boost电路控制示意图；
图3为本发明的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法的流程图；
图4为采用本发明的分级PI过渡控制方法的两电平Boost电路、三电平Boost电路控制方法示意框图；
图5为本发明的分级PI过渡方法分段示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
本发明实施例提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，Boost电路采用基于电压外环与电流内环级联控制方式；如图3所示，具体包括：
(1)根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，进行PI分级划分，包括封脉冲PI区、稳态PI区、分级PI区；其中:封脉冲PI区的PI值为0、封脉冲电压极小标志值Usp；稳态PI区的PI值表示为PI_稳态、且PI_稳态≠0，稳态电压极小标志值表示为UGTS1_2、且Usp>UGTS1_2。
(2)根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，将分级PI区进一步划分为n个PI等级，包括第一分级PI区至第n分级PI区，其中:n>1；第一分级PI区的PI值表示为PI_1、第一分级电压极小标志值表示为UGTS2_2，且PI_1>PI_稳态、UGTS1_2>UGTS2_2；第n分级PI区的PI值表示为PI_n、第n分级电压极小标志值表示为UGTSn_2，且PI_n>PI_n-1、UGTSn-1_2>UGTSn_2。
(3)将稳态PI区与第一分级PI区之间、以及分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区，则稳态PI区与第一分级PI区之间的滞环过渡区的滞环电压极大标志值为UGTS1_2、滞环电压极小标志值表示为UGTS1_1，且UGTS1_2>UGTS1_1>UGTS2_2；第n-1分级PI区与第n级PI区之间的滞环过渡区的滞环电压极大标志值为UGTSn_2、滞环电压极小标志值为UGTSn_1，且UGTSn_2>UGTSn_1>UGTSn+1_2。
(4)当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。具体为：
当Boost电路从DCM切换至CCM模式时，在Boost电路输出电压下降阶段，判断当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i是否不大于滞环电压极小标志值为UGTSn_1，若Uo_i≤UGTSn_1,则将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区的PI值；在Boost电路输出电压Uo_i上升阶段，判断当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i是否不小于滞环电压极大标志值为UGTSn_2，若Uo_i≥UGTSn_1,则将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区的PI值。
当Boost电路从CCM切换至DCM模式时，若当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i不小于封脉冲电压极小标志值Usp，即Uo_i≥Usp，则当前Boost电路输出电压Uo_i属于封脉冲PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为0；若当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i小于封脉冲电压极小标志值Usp，即Uo_i<Usp，则当前Boost电路输出电压Uo_i属于稳态PI区，将电压环与电流环的当前PI值由0调整为PI_稳态。
下面将本发明的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法具体应用到两电平Boost电路与三电平Boost电路控制中：
参考图2所示，对于两电平Boost电路与三电平Boost电路，现有控制框架均由电压外环与电流内环构成，对于两电平Boost电路其采用电压外环、电流内环控制，如图2(a)所示，其工作过程为：采集两电平Boost电路输出电压值U0，以及升压电感L的电流值Iin；将输出电压值Uo送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback，并将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，并将电压环PI调节输出值作为电流环调节器的电流目标值Iin_ref；将电流值Iin作为电流环调节器的电流反馈值Iin_feedback，并将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，并将电流环PI调节输出值输入至PWM脉宽调制发生器产生驱动信号控制两电平Boost电路开关管的通断。
对于三电平Boost电路其采用电压外环、电流内环、与均压环控制，在两电平Boost电路电压外环、电流内环控制的基础上，增加均压PI控制环来消除三电平输出电容中点电位漂移问题，如图2(b)所示。其工作过程为：采集输出电容C1的电压值U1，输出电容C2的电压值U2，以及升压电感L的电流值Iin；将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做和送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback，并将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，并将电压环PI调节输出值作为与电压环调节器级联的电流环调节器的电流目标值Iin_ref；将电流值Iin作为电流环调节器的电流反馈值Iin_feedback，并将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，并将电流环PI调节输出值作为PWM脉宽调制发生器基准值；将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做差送入均压环调节器做均压反馈值Ub_feedback，并将均压反馈值Ub_feedback与给定的电压目标值Ub_ref代入均压环调节器，PI调制后，将均压环PI调节输出值与电流环PI调节输出值叠加送入PWM脉宽调制发生器产生驱动信号控制三电平Boost电路开关管的通断。
上述方法可以在Boost电路CCM模式下稳定工作，但在电路断续(DCM)与连续模式(CCM)切换时，会出现输出电压失稳的问题，其根本原因是连续模式与断续模式下，电路的输出特性发生突变，导致输出电压发生突变，同一套PI参数无法满足动态性能响应的要求。因此，本实施例中通过检测Boost电路输出电压的变化情况，在动态过程中不同的电压下采用不同的PI参数进行分级过渡，电压越低时，PI参数逐级加大，以加快系统的动态响应。由于PI过渡环节只在动态电压震荡时参与控制，因此不会对原有控制方式的稳态性能产生影响。采用分级PI过渡方法的系统控制框架如图4所示：
对于两电平Boost电路或三电平Boost电路，在现有控制的基础上增加分级PI控制方式。即如图4(a)所示，两电平Boost电路采用电压外环、电流内环、分级PI控制方式；如图4(b)所示，三电平Boost电路采用电压外环、电流内环、均压环、分级PI控制方式。当两电平Boost电路或三电平Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
分级PI过渡方式如图5所示，为防止电压震荡导致的PI频繁切换引起的控制失稳，将稳态PI区与第一分级PI区之间、分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区，以增加模式切换时的稳定性。当Boost电路从DCM到CCM过渡时，其输出电压会出现0-t7时刻电压跌落工况；当Boost电路从CCM到DCM过渡时，会出现t7-t9时刻电压抬升工况。其具体工作过程如下：
步骤1：0-t0时刻，输出电压逐渐下降，当Uo_0<UGTS1_1，控制电压环与电流环PI参数由稳态PI参数PI_稳态调整为PI_1；
步骤2：t0-t1时刻，Uo_1<UGTS2_1，控制电压环与电流环PI参数由PI_1调整为PI_2；
步骤3：t1-t2时刻，Uo_2<UGTS3_1，控制电压环与电流环PI参数由PI_2调整为PI_3；
步骤4：t2-t3时刻，Uo_3<UGTSn_1，经过逐级过渡，控制电压环与电流环PI参数逐渐调整为PI_n；
步骤5：t3-t4时刻，输出电压开始回升，当满足Uo_4>UGTSn_2时，控制电压环与电流环PI参数由PI_n调整为PI_n-1；
步骤6：t4-t5时刻，Uo_5>UGTS3_2，经过逐级过渡，控制电压环与电流环PI参数逐渐调整为调整为PI_2；
步骤7：t5-t6时刻，Uo_6>UGTS2_2，控制电压环与电流环PI参数由PI_2调整为PI_1；
步骤8：t6-t7时刻，Uo_7>UGTS1_2，控制电压环与电流环PI参数由PI_1调整为稳态PI参数PI_稳态；
步骤9：t8时刻，Uo_8>Usp，控制进入封脉冲阶段，此时即等效为PI参数变为0；
步骤10：t9时刻，Uo_9<Usp，控制封脉冲阶段进入稳态PI参数阶段，控制电压环与电流环PI参数调整为稳态PI参数PI_稳态。
上述控制步骤中有n级PI过渡，实际工况中可根据具体参数进行分级数目调整，以适应具体现场运行情况。
根据上述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，本发明还提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，对两电平Boost电路与三电平Boost电路进行控制。Boost电路为两电平Boost电路时，如图4(a)所示，系统包括：
电压环调节器：用于将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，得到电流环调节器的电流目标值Iin_ref；
电流环调节器：与所述电压环调节器级联，用于将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，得到电流环PI调节输出值。
分级PI过渡调节器：用于当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
脉宽调制发生器PWM0：用于接收电流环PI调节输出值并产生两电平Boost电路开关管的驱动信号。
Boost电路为三电平Boost电路时，如图4(b)所示，系统包括：
电压环调节器：用于将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，得到电流环调节器的电流目标值Iin_ref；
电流环调节器：与所述电压环调节器级联，用于将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，得到电流环PI调节输出值。
均压环调节器：用于将均压反馈值Ub_feedback与给定的电压目标值Ub_ref代入均压环调节器，PI调制后，得到均压环PI调节输出值。
分级PI过渡调节器：用于当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
第一加法器：用于将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做和送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback；
第一减法器：用于将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做差送入均压环调节器做均压反馈值Ub_feedback；
第二加法器：用于将电流环PI调节输出值与均压环PI调节输出值做和送入脉宽调制发生器PWM2，得到脉宽调制发生器PWM2的调制信号；
第二减法器：用于将电流环PI调节输出值与均压环PI调节输出值做差送入脉宽调制发生器PWM1，得到脉宽调制发生器PWM1的调制信号。
脉宽调制发生器PWM1：用于接收脉宽调制发生器PWM1的调制信号并产生三电平Boost电路开关管Q1的驱动信号；
脉宽调制发生器PWM2：用于接收脉宽调制发生器PWM2的调制信号并产生三电平Boost电路开关管Q2的驱动信号。
综上可知，与现有Boost电路只工作在DCM或CCM模式的控制方法相比，本发明基于Boost电路采用基于电压外环与电流内环级联控制方式的基础上，利用PI分级过渡，提供了一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，该方法利用PI多级切换方式，根据当前时刻时的Boost电路输出电压值，调整电压环与电流环的PI值，解决了PI参数大范围变化时，系统的震荡问题，实现了Boost电路DCM与CCM模式切换时，输出电压的平滑过渡，实现两种工作模式的连续工作。同时，利用滞环控制方法，将稳态PI区与第一分级PI区之间、分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区，以增加模式切换时的稳定性，解决了电压震荡导致的PI参数频繁切换问题。同时，根据该分级PI过渡控制方法，本发明还提供了相应的控制系统，对两电平Boost电路与三电平Boost电路进行控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (14)

1.一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，所述Boost电路采用基于电压外环与电流内环级联控制方式；其特征在于，包括：
根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，进行PI分级划分，包括封脉冲PI区、稳态PI区、分级PI区；
根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，将分级PI区进一步划分为n个PI等级，包括第一分级PI区至第n分级PI区，其中:n>1；
将稳态PI区与第一分级PI区之间、以及分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区；
当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
2.根据权利要求1所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，进行PI分级划分，包括封脉冲PI区、稳态PI区、分级PI区；其中:封脉冲PI区的PI值为0、封脉冲电压极小标志值Usp；稳态PI区的PI值表示为PI_稳态、且PI_稳态≠0，稳态电压极小标志值表示为UGTS1_2、且Usp>UGTS1_2。
3.根据权利要求2所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，根据Boost电路输出电压与PI参数的大小，将分级PI区进一步划分为n个PI等级，包括第一分级PI区至第n分级PI区；其中:n>1,第一分级PI区的PI值表示为PI_1、第一分级电压极小标志值表示为UGTS2_2，且PI_1>PI_稳态、UGTS1_2>UGTS2_2；第n分级PI区的PI值表示为PI_n、第n分级电压极小标志值表示为UGTSn_2，且PI_n>PI_n-1、UGTSn-1_2>UGTSn_2。
4.根据权利要求3所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，将稳态PI区与第一分级PI区之间、以及分级PI区内两相邻PI区之间均设置滞环过渡区，则稳态PI区与第一分级PI区之间的滞环过渡区的滞环电压极大标志值为UGTS1_2、滞环电压极小标志值表示为UGTS1_1，且UGTS1_2>UGTS1_1>UGTS2_2；第n-1分级PI区与第n级PI区之间的滞环过渡区的滞环电压极大标志值为UGTSn_2、滞环电压极小标志值为UGTSn_1，且UGTSn_2>UGTSn_1>UGTSn+1_2。
5.根据权利要求4所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，当Boost电路从DCM切换至CCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值的方法为：
当Boost电路从DCM切换至CCM模式时，在Boost电路输出电压下降阶段，判断当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i是否不大于滞环电压极小标志值为UGTSn_1，若Uo_i≤UGTSn_1,则将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区的PI值；在Boost电路输出电压Uo_i上升阶段，判断当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i是否不小于滞环电压极大标志值为UGTSn_2，若Uo_i≥UGTSn_1,则将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区的PI值。
6.根据权利要求5所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，当Boost电路从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值的方法为：
当Boost电路从CCM切换至DCM模式时，若当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i不小于封脉冲电压极小标志值Usp，即Uo_i≥Usp，则当前Boost电路输出电压Uo_i属于封脉冲PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为0；若当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i小于封脉冲电压极小标志值Usp，即Uo_i<Usp，则当前Boost电路输出电压Uo_i属于稳态PI区，将电压环与电流环的当前PI值由0调整为PI_稳态。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，若所述Boost电路为两电平Boost电路，则所述两电平Boost电路采用电压外环、电流内环、以及分级PI控制方式；还包括：
采集两电平Boost电路输出电压值U0，以及升压电感L的电流值Iin；
将输出电压值Uo送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback，并将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，并将电压环PI调节输出值作为电流环调节器的电流目标值Iin_ref；将电流值Iin作为电流环调节器的电流反馈值Iin_feedback，并将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，并将电流环PI调节输出值输入至PWM脉宽调制发生器产生驱动信号控制两电平Boost电路开关管的通断；
当两电平Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
8.根据权利要求1-6任一项所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，其特征在于，若所述Boost电路为三电平Boost电路，则所述三电平Boost电路采用电压外环、电流内环、均压环、以及分级PI控制方式；还包括：
采集输出电容C1的电压值U1，输出电容C2的电压值U2，以及升压电感L的电流值Iin；
将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做和送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback，并将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，并将电压环PI调节输出值作为与电压环调节器级联的电流环调节器的电流目标值Iin_ref；将电流值Iin作为电流环调节器的电流反馈值Iin_feedback，并将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，并将电流环PI调节输出值作为PWM脉宽调制发生器基准值；
将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做差送入均压环调节器做均压反馈值Ub_feedback，并将均压反馈值Ub_feedback与给定的电压目标值Ub_ref代入均压环调节器，PI调制后，将均压环PI调节输出值与电流环PI调节输出值叠加送入PWM脉宽调制发生器产生驱动信号控制三电平Boost电路开关管的通断；
当三电平Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
9.一种基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，采用权利要求1-8任一项所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制方法，包括Boost电路；其特征在于，系统还包括：
分级PI过渡调节器：用于当Boost电路从DCM切换至CCM模式或从CCM切换至DCM模式时，确定当前时刻ti时的Boost电路输出电压Uo_i所属的PI区，将电压环与电流环的当前PI值调整为当前时刻三电平Boost电路输出电压Uo_i所属PI区的PI值。
10.根据权利要求9所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，其特征在于，系统还包括：
电压环调节器：用于将电压反馈值Uo_feedback与给定的电压目标值Uo_ref代入电压环调节器，进行PI调节后，得到电流环调节器的电流目标值Iin_ref；
电流环调节器：与所述电压环调节器级联，用于将电流反馈值Iin_feedback与电流目标值Iin_ref代入电流环调节器，进行PI调节后，得到电流环PI调节输出值。
11.根据权利要求10所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，其特征在于，所述Boost电路为两电平Boost电路时，系统还包括：
脉宽调制发生器PWM0：用于接收电流环PI调节输出值并产生两电平Boost电路开关管的驱动信号。
12.根据权利要求10所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，其特征在于，所述Boost电路为三电平Boost电路时，系统还包括：
均压环调节器：用于将均压反馈值Ub_feedback与给定的电压目标值Ub_ref代入均压环调节器，PI调制后，得到均压环PI调节输出值。
13.根据权利要求11所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，其特征在于，所述Boost电路为三电平Boost电路时，系统还包括：
第一加法器：用于将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做和送入电压环调节器做反馈值Uo_feedback；
第一减法器：用于将输出电容C1的电压值U1、输出电容C2的电压值U2做差送入均压环调节器做均压反馈值Ub_feedback；
第二加法器：用于将电流环PI调节输出值与均压环PI调节输出值做和送入脉宽调制发生器PWM2，得到脉宽调制发生器PWM2的调制信号；
第二减法器：用于将电流环PI调节输出值与均压环PI调节输出值做差送入脉宽调制发生器PWM1，得到脉宽调制发生器PWM1的调制信号。
14.根据权利要求13所述的基于Boost电路DCM/CCM模式切换的分级PI过渡控制的系统，其特征在于，所述Boost电路为三电平Boost电路时，系统还包括：
脉宽调制发生器PWM1：用于接收脉宽调制发生器PWM1的调制信号并产生三电平Boost电路开关管Q1的驱动信号；
脉宽调制发生器PWM2：用于接收脉宽调制发生器PWM2的调制信号并产生三电平Boost电路开关管Q2的驱动信号。
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