CN111371314A - 一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，根据Buck变换器的输出电感电流判断Buck变换器是处于空载还是带载状态，若负载为空载状态，Buck变换器工作在单电压环控制模式，若负载为带载状态，Buck变换器工作在电压电流双环控制模式，在输出负载功率发生阶跃跳变，输出电压跌落量或骤升量超过检测阈值，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式，通过输入电压前馈改变开关管的占空比，从而提前调节输出直流电压Uo，有效抑制输出电压的波动。本发明所述的控制系统计算简单，易于实现，不需要额外增加硬件检测和逻辑电路，在提高Buck变换器瞬态响应能力的同时，节约了成本，提升了可靠性。

Description

一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统

技术领域

本发明涉及Buck变换器技术领域，具体是一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统。

背景技术

Buck变换器主要用于直流到直流的降压转换，其控制策略主要分为单电压环控制和电压外环电流内环双环控制。与单电压环控制方式相比，电压外环电流内环双环控制策略的瞬态响应速度更快，这也是大多数Buck变换器在负载切换频繁时选用双环控制模式的原因。电流内环控制又分为峰值电流控制和平均电流控制两种，平均电流控制选取主电路电感电流作为电流内环的反馈信号，峰值电流控制选取功率开关管电流作为电流反馈信号，平均电流控制目前在数字电源领域得到广泛应用，基于平均电流控制的Buck变换器的双闭环控制系统如图1所示，该控制方法的基本思想是将电压给定U_ref与输出直流电压U_o瞬时反馈值进行比较，生成的误差信号经过电压环控制器G_v得到的控制量作为电流内环的给定值I_ref，I_ref与电感电流I_L瞬时反馈值作差，经电流环控制器G_i调制，输出的调制信号与三角载波信号交截获得PWM脉冲的占空比信号，驱动功率开关管。电压环和电流环控制器在工程上一般都采用PI调节器。

但是在空载和轻载条件下，由于输出电感电流信号很小，在一个采样周期的固定时刻已无法检测到有效电流信号，同时电流内环控制系统带宽随着输出负载功率的降低而降低，因此电流检测信号和电流内环不仅对输出电压控制不起作用，反而会由于电流内环输出控制信号的波动而造成输出电压的不稳定。有些文献提出在空载条件下采用单电压环控制，在带载时再切入到电压电流双环控制。

Buck变换器作为一个恒值系统，需要将输入电源电压转换为负载端所需要的工作电压，并使输出电压保持稳定。但在现实应用中，Buck变换器输出端的阻性变化导致负载电流发生瞬时阶跃跳变时，系统的瞬态响应时间受限于Buck控制器的环路带宽，输出电流滞后负载电流的变化，从而引起输出电压的较大跌落，进而严重影响客户端设备运行的稳定性。由于Buck变换器控制系统采用的PI调节器属于相位滞后校正调节，可以提高系统的稳态精度和改善系统的稳定性，但是PI调节器是以牺牲快速性来换取系统的稳定性，系统的动态响应速度较慢。在工程上可以通过整定PI调节器的控制参数，特别是增大比例系数来提高系统环路的带宽，但是环路带宽受到开关频率的限制(不能超过开关频率的一半)，而相位裕度受到环路控制与采样延迟的限制，控制系统环路的带宽不能无限制的提高，Buck变换器控制器应对输出负载扰动的瞬态响应能力就遇到了瓶颈，特别是输出负载在空载和额定功率之间切换时，通过常规的PI调节很难有效抑制输出电压的动态跌落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，在不增加硬件电路成本的情况下，一方面实现空载时单电压环控制模式与带载时电压电流双闭环控制模式的平滑切换，另一方面在输出负载功率发生阶跃跳变，特别是在空载和额定功率之间瞬时切换时，当输出电压跌落量或骤升量超过检测阈值时，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式，通过输入电压前馈改变开关管的占空比，从而提前调节输出直流电压U_o，有效抑制输出电压的波动，提高Buck变换器的瞬态响应能力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，包括以下步骤：

步骤1、判断Buck变换器当前的工作模式，若Buck变换器当前工作模式为电压电流双环控制模式，则跳转至步骤2；若Buck变换器当前工作模式为单电压环控制模式，则跳转至步骤4；

步骤2、根据Buck变换器的输出电感电流判断Buck变换器是否处于空载状态，若负载状态为空载，则执行步骤3；

步骤3、Buck变换器由电压电流双环控制模式切换到单电压环控制模式，并返回步骤1；

步骤4、根据Buck变换器的输出电感电流判断Buck变换器当前是否处于带载状态，若处于带载状态，则执行步骤5；

步骤5、Buck变换器由单电压环控制模式切换到电压电流双环控制模式，并返回步骤1；

其中，所述步骤3、步骤5中的Buck控制模式切换过程中抑制输出直流电源瞬间跌落或瞬间聚升。

作为本发明进一步的方案：所述步骤2中判断Buck处于空载的方法为：当Buck变换器的输出电感电流I_L在连续5000个采样周期内满足：I_L<0.01I_ed(I_ed是Buck变换器的额定输出电流)，判断Buck变换器处于空载运行状态。

作为本发明进一步的方案：所述Buck变换器由电压电流双环控制模式切换到单电压环控制模式，Buck变换器电流环PI调节器当前积分输出赋值给电压环PI调节器的积分输出，作为电压环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现电压电流双环控制模式向单电压环控制模式的平滑切换。

作为本发明进一步的方案：所述步骤4中判断Buck处于带载的方法为：对Buck控制器的输出电感电流I_L采用分段式反时限的判断方式，即根据电感电流I_L实时采样值的变化范围划分四个区间，每个区间设定不同的判断时间，判断时间

其中，n＝1,2,3,4，I_ed是Buck变换器的额定输出电流；I_protectn是分段保护值；t_n是采样周期的个数，1<t_n<200，当Buck变换器的输出电感电流I_L在连续t_n个采样周期内满足相应的判断条件，判断Buck变换器处于带载运行状态。

作为本发明进一步的方案：所述Buck变换器由单电压环控制模式切换到电压电流双环控制模式，Buck变换器电压环PI调节器当前积分输出赋值给电流环PI调节器的积分输出，然后将当前的输出电感电流I_L赋值给Buck变换器电压环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现单电压环控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换。

作为本发明进一步的方案：所述Buck控制器控制状态变化过程中抑制输出直流电压瞬时跌落的方法包括以下步骤：

步骤6.1、Buck变换器正常启动后，以单电压环或电压电流双闭环控制模式运行。

步骤6.2、当Buck变换器输出直流电压U_o的检测跌落值ΔU₁大于设定的判断阈值时，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式；

步骤6.3、计算Buck变换器切换到输入电压前馈控制模式后的功率开关驱动的占空比，所述功率开关占空比计算公式为：

其中：U_in为输入电源电压；U_ref为期望输出电压。

步骤6.4、判断Buck控制器切换到输入电压前馈控制模式后的输出电感电流是否大于保护阈值，若未超过保护阈值则转到步骤6.5，若超过保护阈值，则转到步骤6.6；

步骤6.5、Buck变换器在输入电压前馈控制模式，保持占空比前馈值D_feed持续工作20ms并转到步骤6.7；

步骤6.6、对功率开关的PWM信号进行一个采样周期的封锁；

步骤6.7、Buck变换器由输入电压前馈控制模式切换到电压电流双环控制模式，将当前的输出电感电流I_L赋值给电压环PI调节器的积分输出，步骤3中设定的占空比前馈值D_feed赋值给电流环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换，然后返回步骤1。

作为本发明进一步的方案：所述输出直流电压U_o检测跌落值ΔU₁的计算公式：ΔU₁＝U_ref-U_o，所述瞬时跌落阈值设定为Buck变换器额定输出直流电压的2％。

作为本发明进一步的方案：所述Buck控制器控制状态变化过程中抑制输出直流电压瞬时聚升的方法包括以下步骤：

步骤8.1、Buck变换器正常启动后，以单电压环或电压电流双闭环控制模式运行；

步骤8.2、当Buck变换器输出直流电压U_o的检测骤升值ΔU₂大于设定的判断阈值时，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式；

步骤8.3、计算Buck变换器切换到输入电压前馈控制模式后的功率开关驱动的占空比，所述功率开关占空比计算公式为：

其中：U_in为输入电源电压；U_ref为期望输出电压；

步骤8.4、判断Buck变换器输出直流电压U_o检测值的变化率du/dt是否连续三个以上采样周期内大于零，若大于零则转到步骤8.5，若不大于零则转到步骤8.6；

步骤8.5、Buck变换器在一个采样周期内把占空比前馈值D_feed设定为0，并跳转到步骤8.7；

步骤8.6、Buck变换器在输入电压前馈控制模式，保持占空比前馈值D_feed持续工作20ms；

步骤8.7，Buck变换器由输入电压前馈控制模式切换到电压电流双环控制模式，将当前的输出电感电流I_L赋值给电压环PI调节器的积分输出，步骤8.5和步骤8.6中设定的占空比前馈值D_feed赋值给电流环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换，然后返回步骤1。

作为本发明进一步的方案：所述输出直流电压U_o检测骤升值ΔU₂的计算公式：ΔU₂＝U_o-U_ref，判断阈值设定为Buck变换器额定输出直流电压的2％。

作为本发明进一步的方案：所述Buck变换器输出直流电压U_o的检测值的变化率du/dt：

du/dt＝(U_{o_now}-U_{o_last})/T_sample

其中，T_sample是采样周期，U_{o_now}是本采样周期输出直流电压U_o的检测值，U_{o_last}是上一采样周期输出直流电压U_o的检测值，所计算述Buck变换器输出直流电压的检查值的变化率采用三个采样周期。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)所述Buck变换器控制系统包含一种单电压环控制模式和电压电流双环控制模式判断与切换方法，通过检测输出电感电流I_L，并采用分段式反时限方式设定判断值和判断时间，使得Buck变换器在空载条件下保持在单电压环控制模式，在带载条件下快速切换到电压电流双环控制模式，并且实现了单电压环控制和电压电流双环控制两种模式之间的平滑切换。

(2)所述Buck变换器控制系统包含一种输出直流电压瞬时跌落抑制方法，当Buck变换器输出负载功率突然增加时，本发明所述的Buck变换器控制系统用输入电压前馈控制代替原先的单电压环或电压电流双闭环控制，通过输入电压前馈值D_feed来增大占空比，从而提前调节输出直流电压U_o，有效抑制电压的跌落。为了防止占空比突增引起的的冲击电流损坏功率开关管，如果电感电流I_L的检测值大于保护阈值，对功率开关管PWM信号进行一个采样周期的封锁；当输出直流电压U_o的跌落得到有效抑制以后，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换，继续保持稳定运行，从而有效提高Buck变换器应对输出负载功率突增的瞬态响应能力，即使面对输出负载功率由空载瞬时增加到额定的严酷工况，也可以实现输出直流电压U_o最大跌落幅度不超过额定值的2％。

(3)所述Buck变换器控制系统包含一种输出直流电压瞬时骤升抑制方法，当Buck变换器输出负载功率突然降低时，本发明所述的Buck变换器控制系统用输入电压前馈控制代替原先的单电压环或电压电流双闭环控制，通过输入电压前馈值D_feed来降低占空比，从而提前调节输出直流电压U_o，有效抑制电压的骤升。Buck变换器输出负载功率突然降低至轻载或空载时，输入电压前馈值D_feed将无法有效调节输出直流电压U_o。为防止输出直流电压U_o持续增加并导致输出过压保护，如果连续三个采样周期的输出直流电压U_o变化率du/dt>0，Buck变换器在一个采样周期内把占空比前馈值D_feed设定为0；当输出直流电压U_o的骤升得到有效抑制以后，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换，继续保持稳定运行，从而有效提高Buck变换器应对输出负载功率突减的瞬态响应能力，即使在输出负载功率由额定瞬时降低到空载的严酷工况，也可以实现输出直流电压U_o最大骤升幅度不超过额定值的2％。

(4)本发明所述的Buck变换器控制系统计算简单，易于软件实现，不需要额外增加硬件检测和逻辑电路，在提高Buck变换器应对负载扰动瞬态响应能力的同时，有效节约了成本，提升了电源系统的可靠性。

附图说明

图1为本实施例的双环控制系统控制框图；

图2为本实施例控制电压环控制模式和电压电流双环控制模式判断与切换的流程图；

图3为本实施例输出直流电压瞬时跌落抑制方法的控制流程图；

图4为本实施例输出直流电压瞬时骤升抑制方法的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-4，本发明申请的实施例提供了一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，包括电压环控制模式和电压电流双环控制模式判断与切换方法、直流电压瞬时跌落抑制方法的控制方法、直流电压瞬时骤升抑制方法的控制方法。

图2中给出了所述Buck变换器控制系统中单电压环控制模式和电压电流双环控制模式判断与切换的流程图。下面结合流程图说明两种控制模式的具体判断和切换步骤：

步骤1：Buck变换器的初始控制模式是电压电流双环控制，控制模式标志等于1，Buck变换器启动并建立输出直流电压U_o。

步骤2：判断Buck变换器当前控制模式标志是等于1，还是等于0。如果控制模式标志等于1，则继续执行步骤3；如果控制模式标志等于0，则跳转到步骤5。

步骤3：当Buck变换器的输出电感电流I_L在连续5000个采样周期内满足：I_L<0.01I_ed(I_ed是Buck变换器的额定输出电流)，判断Buck变换器处于空载运行状态。

步骤4：Buck变换器由电压电流双环控制模式切换到单电压环控制模式，控制模式标志等于0；Buck变换器电流环PI调节器当前积分输出赋值给电压环PI调节器的积分输出，作为电压环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现电压电流双环控制模式向单电压环控制模式的平滑切换，然后跳转到步骤7。

步骤5：为了实现Buck变换器输出直流电压的稳定控制，并保证其在带载情况下的快速动态响应能力，需要Buck变换器在空载条件下保持在单电压环控制模式，在带载条件下快速切换到电压电流双环控制模式。因此，对输出电感电流I_L采用分段式反时限的判断方式，即根据电感电流I_L实时采样值的变化范围划分四个区间，每个区间设定不同的判断时间，判断时间

其中，n＝1,2,3,4，I_ed是Buck变换器的额定输出电流；I_protectn是分段保护值；t_n是采样周期的个数，1<t_n<200，如下表所示，当Buck变换器的输出电感电流I_L在连续t_n个采样周期内满足相应的判断条件，判断Buck变换器处于带载运行状态。

表1 Buck变换器带载运行判断条件列表

判断时间	判断值	电感电流判断条件
			t<sub>1</sub>＝200	I<sub>protect1</sub>＝0.02I<sub>ed</sub>	I<sub>protect1</sub>≤I<sub>L</sub>&lt;I<sub>protect2</sub>
t<sub>2</sub>＝100	I<sub>protect2</sub>＝0.04I<sub>ed</sub>	I<sub>protect2</sub>≤I<sub>L</sub>&lt;I<sub>protect3</sub>
			t<sub>3</sub>＝50	I<sub>protect3</sub>＝0.05I<sub>ed</sub>	I<sub>protect3</sub>≤I<sub>L</sub>&lt;I<sub>protect4</sub>
t<sub>4</sub>＝1	I<sub>protect4</sub>＝0.06I<sub>ed</sub>	I<sub>L</sub>≥I<sub>protect4</sub>

步骤6：Buck变换器由单电压环控制模式切换到电压电流双环控制模式，控制模式标志等于1；Buck变换器电压环PI调节器当前积分输出赋值给电流环PI调节器的积分输出，然后将当前的输出电感电流I_L赋值给Buck变换器电压环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现单电压环控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换。

步骤7：返回步骤2，循环进行以上处理过程。

图3中给出了所述Buck变换器控制系统中输出直流电压瞬时跌落抑制方法的控制流程图。下面结合流程图说明Buck变换器输出直流电压瞬时跌落的具体控制步骤：

步骤1：Buck变换器正常启动后，以单电压环或电压电流双闭环控制模式运行。当输出负载功率突然增加时，Buck变换器在电压控制环路响应调节的过程中，输出直流电压必然会发生跌落。当Buck变换器输出直流电压U_o的检测跌落值ΔU₁大于设定的判断阈值时，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式。

输出直流电压U_o检测跌落值ΔU₁的计算公式：ΔU₁＝U_ref-U_o，设定的判断阈值取决于客户端设备所允许的输出电压最大波动量，一般设定为Buck变换器额定输出直流电压的2％。

步骤2：Buck变换器在输入电压前馈控制模式中，功率开关管驱动的占空比信号不再通过电压环或电流环输出的调制信号生成，而是直接通过输入电源电压U_in和期望输出的给定电压U_ref来计算：

如上文所述，当Buck变换器输出负载功率突然增加时，输出直流电压U_o发生跌落，功率开关管的占空比也会瞬时降低，如果Buck变换器控制系统响应速度较慢，不能通过环路输出的调制信号即时增大占空比，输出直流电压U_o将会继续降低并发生较大跌落。针对这个问题，本发明所述的Buck变换器控制系统用输入电压前馈控制代替原先的单电压环或电压电流双闭环控制，根据式(2)计算的前馈值D_feed来增大占空比，从而提前调节输出直流电压U_o，有效抑制电压的跌落。

步骤3：如果Buck变换器在切换到输入电压前馈控制之前的占空比较小，占空比突然增加至前馈值D_feed时，会在电感上形成一个较大的瞬时压降，可能产生较大的冲击电流，因此需要判断Buck变换器输出电感电流I_L的检测值是否大于设定的保护阈值(根据功率开关管的电流限值，一般设定为Buck变换器额定输出电流的1.2倍)，如果电感电流I_L的检测值大于保护阈值，则转入步骤4；如果电感电流I_L的检测值小于保护阈值，Buck变换器在输入电压前馈控制模式，保持占空比前馈值D_feed持续工作20ms，此时Buck变换器电感电流I_L和输出直流电压U_o已恢复稳定，转入步骤5。

步骤4：为了防止较大的冲击电流损坏功率开关管，对其PWM信号进行一个采样周期的封锁。

步骤5：Buck变换器由输入电压前馈控制模式切换到电压电流双环控制模式，上文所述的控制模式标志等于1，将当前的输出电感电流I_L赋值给电压环PI调节器的积分输出，根据式(2)计算的占空比前馈值D_feed赋值给电流环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换。

步骤6：返回步骤1，循环进行以上处理过程。

图4中给出了所述Buck变换器控制系统中输出直流电压瞬时骤升抑制方法的控制流程图。下面结合流程图说明Buck变换器输出直流电压瞬时骤升的具体控制步骤：

步骤1：Buck变换器正常启动后，以单电压环或电压电流双闭环控制模式运行。当输出负载功率突然降低时，Buck变换器在电压控制环路响应调节的过程中，输出直流电压必然会发生骤升。当Buck变换器输出直流电压U_o的检测骤升值ΔU₂大于设定的判断阈值时，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式。

输出直流电压U_o检测骤升值ΔU₂的计算公式：ΔU₂＝U_o-U_ref，设定的判断阈值取决于客户端设备所允许的输出电压最大波动量，一般设定为Buck变换器额定输出直流电压的2％。

步骤2：Buck变换器在输入电压前馈控制模式中，功率开关管驱动的占空比信号不再通过电压环或电流环输出的调制信号生成，而是直接通过上文中的式(2)来计算。

如上文所述，当Buck变换器输出负载功率突然降低时，输出直流电压U_o发生骤升，功率开关管的占空比也会瞬时增加，如果Buck变换器控制系统响应速度较慢，不能通过环路输出的调制信号即时降低占空比，输出直流电压U_o将会继续增大并发生较大骤升。针对这个问题，本发明所述的Buck变换器控制系统用输入电压前馈控制代替原先的单电压环或电压电流双闭环控制，根据式(2)计算的前馈值D_feed来降低占空比，从而提前调节输出直流电压U_o，有效抑制电压的骤升。

步骤3：如果Buck变换器输出负载功率突然降低至轻载或空载时，Buck变换器将由电流连续模式(CCM)转换为电流断续模式(DCM)，式(2)计算的前馈值D_feed将无法有效调节输出直流电压U_o。因此需要判断Buck变换器输出直流电压U_o的检测值的变化率du/dt。

du/dt＝(U_{o_now}-U_{o_last})/T_sample (3)

其中，T_sample是采样周期，U_{o_now}是本采样周期输出直流电压U_o的检测值，U_{o_last}是上一采样周期输出直流电压U_o的检测值。

如果连续三个以上采样周期的输出直流电压U_o变化率du/dt>0，则说明输出直流电压U_o在继续增加，转入步骤4；如果连续三个以上采样周期的输出直流电压U_o变化率du/dt≤0，则说明输出直流电压U_o的骤升得到有效抑制和调节，Buck变换器在输入电压前馈控制模式，保持占空比前馈值D_feed持续工作20ms，此时Buck变换器电感电流I_L和输出直流电压U_o已恢复稳定，转入步骤5。

步骤4：为防止输出直流电压U_o持续增加并导致输出过压保护，Buck变换器在一个采样周期内把占空比前馈值D_feed设定为0。

步骤5：Buck变换器由输入电压前馈控制模式切换到电压电流双环控制模式，上文所述的控制模式标志等于1，将当前的输出电感电流I_L赋值给电压环PI调节器的积分输出，步骤2和步骤4中设定的占空比前馈值D_feed赋值给电流环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换。

步骤6：返回步骤1，循环进行以上处理过程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、判断Buck变换器当前的工作模式，若Buck变换器当前工作模式为电压电流双环控制模式，则跳转至步骤2；若Buck变换器当前工作模式为单电压环控制模式，则跳转至步骤4；

步骤2、根据Buck变换器的输出电感电流判断Buck变换器是否处于空载状态，若负载状态为空载，则执行步骤3；

步骤3、Buck变换器由电压电流双环控制模式切换到单电压环控制模式，并返回步骤1；

步骤4、根据Buck变换器的输出电感电流判断Buck变换器当前是否处于带载状态，若处于带载状态，则执行步骤5；

步骤5、Buck变换器由单电压环控制模式切换到电压电流双环控制模式，并返回步骤1；

其中，所述步骤3、步骤5中的Buck控制模式切换过程中抑制输出直流电压瞬间跌落或瞬间聚升。

2.根据权利要求1所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述步骤2中判断Buck处于空载的方法为：当Buck变换器的输出电感电流I_L在连续5000个采样周期内满足：I_L<0.01I_ed(I_ed是Buck变换器的额定输出电流)，判断Buck变换器处于空载运行状态。

3.根据权利要求1所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述Buck变换器由电压电流双环控制模式切换到单电压环控制模式，Buck变换器电流环PI调节器当前积分输出赋值给电压环PI调节器的积分输出，作为电压环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现电压电流双环控制模式向单电压环控制模式的平滑切换。

4.根据权利要求1所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述步骤4中判断Buck处于带载的方法为：对Buck控制器的输出电感电流I_L采用分段式反时限的判断方式，即根据电感电流I_L实时采样值的变化范围划分四个区间，每个区间设定不同的判断时间，判断时间

其中，n＝1,2,3,4，I_ed是Buck变换器的额定输出电流；I_protectn是分段保护值；t_n是采样周期的个数，1<t_n<200，当Buck变换器的输出电感电流I_L在连续t_n个采样周期内满足相应的判断条件，判断Buck变换器处于带载运行状态。

5.根据权利要求1所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述Buck变换器由单电压环控制模式切换到电压电流双环控制模式，Buck变换器电压环PI调节器当前积分输出赋值给电流环PI调节器的积分输出，然后将当前的输出电感电流I_L赋值给Buck变换器电压环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现单电压环控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换。

6.根据权利要求1所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述Buck控制器控制状态变化过程中抑制输出直流电压瞬时跌落的方法包括以下步骤：

步骤6.1、Buck变换器正常启动后，以单电压环或电压电流双闭环控制模式运行。

步骤6.2、当Buck变换器输出直流电压U_o的检测跌落值ΔU₁大于设定的判断阈值时，

Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式；

步骤6.3、计算Buck变换器切换到输入电压前馈控制模式后的功率开关驱动的占空比，所述功率开关占空比计算公式为：

其中：U_in为输入电源电压；U_ref为期望输出电压。

步骤6.4、判断Buck控制器切换到输入电压前馈控制模式后的输出电感电流是否大于保护阈值，若未超过保护阈值则转到步骤6.5，若超过保护阈值，则转到步骤6.6；

步骤6.5、Buck变换器在输入电压前馈控制模式，保持占空比前馈值D_feed持续工作20ms并转到步骤6.7；

步骤6.6、对功率开关的PWM信号进行一个采样周期的封锁；

步骤6.7、Buck变换器由输入电压前馈控制模式切换到电压电流双环控制模式，将当前的输出电感电流I_L赋值给电压环PI调节器的积分输出，步骤6.3中设定的占空比前馈值D_feed赋值给电流环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换，然后返回步骤6.1。

7.根据权利要求6所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述输出直流电压U_o检测跌落值ΔU₁的计算公式：ΔU₁＝U_ref-U_o，所述瞬时跌落阈值设定为Buck变换器额定输出直流电压的2％。

8.根据权利要求1所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述Buck控制器控制状态变化过程中抑制输出直流电压瞬时聚升的方法包括以下步骤：

步骤8.1、Buck变换器正常启动后，以单电压环或电压电流双闭环控制模式运行；

步骤8.2、当Buck变换器输出直流电压U_o的检测骤升值ΔU₂大于设定的判断阈值时，Buck变换器由单电压环或电压电流双闭环控制模式切换为输入电压前馈控制模式；

步骤8.3、计算Buck变换器切换到输入电压前馈控制模式后的功率开关驱动的占空比，所述功率开关占空比计算公式为：

其中：U_in为输入电源电压；U_ref为期望输出电压；

步骤8.4、判断Buck变换器输出直流电压U_o检测值的变化率du/dt是否连续三个及以上采样周期内大于零，若大于零则转到步骤8.5，若不大于零则转到步骤8.6；

步骤8.5、Buck变换器在一个采样周期内把占空比前馈值D_feed设定为0，并跳转到步骤8.7；

步骤8.6、Buck变换器在输入电压前馈控制模式，保持占空比前馈值D_feed持续工作20ms；

步骤8.7，Buck变换器由输入电压前馈控制模式切换到电压电流双环控制模式，将当前的输出电感电流I_L赋值给电压环PI调节器的积分输出，步骤8.3和步骤8.5中设定的占空比前馈值D_feed赋值给电流环PI调节器的积分输出，作为电压环与电流环在下一个采样周期积分调节的前馈量，实现输入电压前馈控制模式向电压电流双环控制模式的平滑切换，然后返回步骤8.1。

9.根据权利要求8所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述输出直流电压U_o检测骤升值ΔU₂的计算公式：ΔU₂＝U_o-U_ref，判断阈值设定为Buck变换器额定输出直流电压的2％。

10.根据权利要求8所述的一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统，其特征在于，所述Buck变换器输出直流电压U_o检测值的变化率du/dt：

du/dt＝(U_{o_now}-U_{o_last})/T_sample

其中，T_sample是采样周期，U_{o_now}是本采样周期输出直流电压U_o的检测值，U_{o_last}是上一采样周期输出直流电压U_o的检测值，所计算述Buck变换器输出直流电压的检查值的变化率采用三个采样周期。

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