CN112737300A - 一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质 - Google Patents

一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质 Download PDF

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CN112737300A CN202011595281.1A CN202011595281A CN112737300A CN 112737300 A CN112737300 A CN 112737300A CN 202011595281 A CN202011595281 A CN 202011595281A CN 112737300 A CN112737300 A CN 112737300A
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陈曲
施向前
张兴
吴思文
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Abstract

本发明公开了一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质，首先会获取所述整流管的状态并对状态作出判断，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。可以规避由于补偿函数与DCDC功率级传递函数的不匹配导致占空比不能及时响应负载的变化所带来的输出电压过压问题。这样在车辆行驶过程中，DCDC不会因为重载切换到轻载而停机，保证了驾驶员以及乘客的安全。还可判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若相等，则可设置DCDC的占空比控制逻辑重新利用原本的闭环控制。

Description

一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质
技术领域
本发明涉及，尤其是涉及一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质。
背景技术
目前，DCDC已经大规模的应用在各个领域，成为人们生活必不可少的一部分。在电动/混合动力汽车领域中，车用DCDC用于将高压电池的电压转换成低压电池电压，从而给低压负载供电，同时给低压电池充电。为了提高DCDC的功率和效率，通常采用同步整流策略取代二极管被动整流。
现有技术中，为了进一步提高小负载下DCDC变换器的效率，可以把同步整流管的阀值降低至较小的阀值(如5A～10A负载)，小于电感电流连续模式的临界点，在这种情况下，当负载在短时间内从重载切换到轻载时，如从180A切换到2A，会出现一次较大的过压现象，触发过压保护并导致关机，如图1所示。在车辆行驶过程中，如果发生DCDC过压保护而关机的情况导致车载电子设备的供电出现问题，这会对车辆及驾驶人员以及乘客造成很大危险。
在将DCDC的电子负载或其他负载由重载(≥170A负载)切换至轻载(如5A～10A负载)的瞬间，由于同步整流管关断导致电感电流不可反向，如图2所示。同时DCDC电路的工作模式从电流连续模式(CCM)进入到电流断续模式(DCM)，此时DCDC的功率级(Power Stage)的传递函数发生强非线性的变化。而控制器仍旧以电流连续模式的DCDC功率级传递函数所设计的补偿函数在更新占空比，很显然，DCDC电流连续模式时的补偿函数不能有效地补偿工作于电流断续模式的DCDC电路。因此导致占空比不能及时响应负载的变化，从而使得输出电压的跃升得不到有效的控制，并最终触发过压报警导致DCDC电路停机，对驾驶人员以及乘客造成危险。
专利CN109560699A提供了一种具有过冲保护的DCDC电力转换器，DCDC电力转换器将输入节点处的DC输入电压转换为输出节点处的DC输出电压。该转换器具有主控制回路，该主控制回路产生用于控制串联连接的p型和n型开关的控制信号，所述p型和n型开关选择性地将电感器连接到输入节点或地，同时以连续导通模式或不连续导通模式中的任一者操作该转换器。过零检测电路检测电感器电流何时达到零，并产生用于控制n型开关以在DCM模式器件抑制负电感器电流过零检测控制信号。过冲保护电路检测DCDC输出电压何时太高，并产生用于控制n型开关以抑制可能由CCM至DCM模式转变和输出电流负载的突然减少引起的输出节点处的过冲状况的过冲保护控制信号。
专利CN107546964B提供了一种DCDC转换器的环路控制系统及控制方法，该系统包括依次连接的分压反馈网络、误差放大器、PWM产生电路、逻辑控制电路和功率输出级，所述误差放大器的输出端和逻辑控制电路的输入端之间连接有振荡器控制电路，所述功率输出级的输出端连接分压反馈网络，所述逻辑控制电路的输入端还连接有轻载占空比控制模块。本环路控制系统有效解决了DCDC转换器在轻载下功率损耗高、效率低的问题，使CCM进入到DCM的过程更加平滑，有效减小了轻载的输出纹波。
因此，需要提出一种在DCDC的负载由重载切换至轻载时占空比可以响应负载的变化的占空比补偿方法和系统及可读存储介质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质，用于解决现有技术中由于DCDC的电子负载或其他负载由重载切换至轻载的瞬间，DCDC电流连续模式时的补偿函数不能有效地补偿工作于电流断续模式的DCDC电路，因此导致占空比不能及时响应负载的变化，从而使得输出电压的跃升得不到有效的控制的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提出一种占空比补偿方法，用于DCDC，其特征在于，所述DCDC包括变压器以及整流管，所述占空比补偿方法包括：
S1：获取所述整流管的状态，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，则进入S2；
S2：设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。
可选的，所述S1包括：
S11：基于所述整流管的使能标志位状态获取所述整流管的状态；
S12：若所述使能标志位由高电平变成低电平，则判定所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，进入S2。
可选的，所述S11步骤前还包括：
S10：设定所述DCDC连接的负载大小的阈值，并基于所述阈值来调整所述使能标志位。
可选的，所述S10包括：
S101：设定所述DCDC连接的负载大小的阈值；
S102：获取当前时刻所述DCDC连接的负载大小，并与所述阈值比较；
S103：若当前时刻所述DCDC连接的负载大小小于所述阈值，则调整所述使能标志位由高电平变成低电平。
可选的，所述S2中：
所述DCDC的占空比在电流断续模式下占空比公式为Ddcm，
Figure BDA0002870165570000031
其中，Vout为所述DCDC的输出电压，Vin为所述DCDC的输入电压，N为所述变压器的匝数比，Iout为所述DCDC的输出电流，T为所述整流管的开关周期。
可选的，所述
Figure BDA0002870165570000032
其中，Is为负载的采样电流，
Figure BDA0002870165570000033
为负载的输入电流变化率。
可选的，所述占空比补偿方法还包括：
S3：判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若是，则进入S4，若否，则返回S2；
S4：设定所述DCDC的占空比按照电流连续模式下占空比公式来获取。
可选的，所述DCDC的占空比在电流连续模式下占空比公式为Dccm，
Figure BDA0002870165570000034
其中，Vout为所述DCDC的输出电压，Vin为所述DCDC的输入电压，N为所述变压器的匝数比。
本发明的第二方面提出一种占空比补偿系统，用于DCDC，所述DCDC包括变压器以及整流管，所述占空比补偿系统包括：
状态获取单元，用于获取所述整流管的状态；
执行单元，用于设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。
本发明的第三方面提出一种占空比补偿系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述特征描述中任一项所述的占空比补偿方法。
本发明的第四方面提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被一处理器执行时能实现上述特征描述中任一项所述的占空比补偿方法。
本发明提出了一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质，用于解决DCDC的占空比不能及时响应负载的变化，从而使得输出电压的跃升得不到有效的控制的问题。与现有技术不同之处在于，首先会获取所述整流管的状态并对状态作出判断，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。由于在将DCDC的电子负载或其他负载由重载切换至轻载的瞬间，整流管的关断导致电感电流不可反向，同时DCDC电路的工作模式从电流连续模式进入到电流断续模式，按照现有技术提出的方案，此时控制器仍旧以电流连续模式的DCDC功率级传递函数所设计的补偿函数在更新占空比，很显然，DCDC在电流连续模式时的补偿函数不能有效地补偿工作于电流断续模式的DCDC。本发明提出的在负载由重载切换至轻载的过程中，通过设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取的方法，可以规避由于补偿函数与DCDC功率级传递函数的不匹配导致占空比不能及时响应负载的变化所带来的输出电压过压问题。这样在车辆行驶过程中，DCDC不会因为重载切换到轻载而停机，保证了驾驶员以及乘客的安全。
另外，由于原本DCDC在电流连续模式下的占空比的控制逻辑是闭环控制，在利用本发明提出的方法时，相当于在负载由重载切换至轻载期间，将DCDC的占空比的控制逻辑变为开环控制。因此还可判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若相等，则可设置DCDC的占空比控制逻辑重新利用原本的闭环控制。
附图说明
图1为现有技术中DCDC存在的输出过压故障示意图；
图2为整流管开通和关断情况下电感电流的波形示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种占空比补偿方法流程示意图；
图4为本发明另一实施例提供的一种占空比补偿方法流程示意图；
图5为利用本发明实施例提供的占空比补偿方法得到的试验结果一示意图；
图6为利用本发明实施例提供的占空比补偿方法得到的试验结果另一示意图；
图7为未利用本发明实施例提供的占空比补偿方法得到的试验结果示意图；
图8为利用本发明实施例提供的占空比补偿方法得到的试验结果示意图；
图9为本发明实施例提供的一种占空比补偿系统示意图；
10-占空比补偿系统，101-状态获取单元，102-执行单元
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
如图3至图8所示，本发明实施例提出一种占空比补偿方法，用于DCDC，其特征在于，所述DCDC包括变压器以及整流管，所述占空比补偿方法包括：
S1：获取所述整流管的状态，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，则进入S2；
S2：设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。
本发明实施例提出的占空比补偿方法，用于解决DCDC的占空比不能及时响应负载的变化，从而使得输出电压的跃升得不到有效的控制的问题。与现有技术不同之处在于，首先会获取所述整流管的状态并对状态作出判断，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。由于在将DCDC的电子负载或其他负载由重载切换至轻载的瞬间，整流管的关断导致电感电流不可反向，同时DCDC电路的工作模式从电流连续模式进入到电流断续模式，按照现有技术提出的方案，此时控制器仍旧以电流连续模式的DCDC功率级传递函数所设计的补偿函数在更新占空比，很显然，DCDC在电流连续模式时的补偿函数不能有效地补偿工作于电流断续模式的DCDC。本发明提出的在负载由重载切换至轻载的过程中，通过设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取的方法，可以规避由于补偿函数与DCDC功率级传递函数的不匹配导致占空比不能及时响应负载的变化所带来的输出电压过压问题。这样在车辆行驶过程中，DCDC不会因为重载切换到轻载而停机，保证了驾驶员以及乘客的安全。从图5和图6中可以看出利用本发明实施例提供的占空比补偿方法可有效解决现有技术中DCDC的占空比不能及时响应负载的变化，从而使得输出电压的跃升得不到有效的控制的问题。需要注意的是，本发明实施例提供的占空比补偿方法除了可以应用在车用DCDC中，还可以应用在其它涉及DCDC的场合。另外，不仅仅限于全桥式Buck电路输出端口，所有输出带同步整流的开关电源拓扑，输出端口存在负载跳动时输出电压超调问题的，本发明实施例提供的占空比补偿方法均可实现，为了方便说明，在本发明实施例中仅以应用在车用DCDC中为例，其它应用场景与之类似。
可选地，所述S1包括：
S11：基于所述整流管的使能标志位状态获取所述整流管的状态；
S12：若所述使能标志位由高电平变成低电平，则判定所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，进入S2。
可选地，在DCDC的负载由重载切换至轻载的瞬间，调整所述整流管的使能标志位，可通过设置一个阈值来定义轻载的范围，例如，可将所述DCDC连接的负载大小设置为5A，当DCDC的负载小于5A时，调整所述整流管的使能标志位，所述整流管的使能标志位可由高电平变为低电平或者由ON变为OFF，具体可根据所述整流管的具体实际来选择。所述S1还包括：
S10：设定所述DCDC连接的负载大小的阈值，并基于所述阈值来调整所述使能标志位。
可选地，所述S10包括：
S101：设定所述DCDC连接的负载大小的阈值；
S102：获取当前时刻所述DCDC连接的负载大小，并与所述阈值比较；
S103：若当前时刻所述DCDC连接的负载大小小于所述阈值，则调整所述使能标志位由高电平变成低电平。
可选地，所述S2中：
所述DCDC的占空比在电流断续模式下占空比公式为Ddcm，
Figure BDA0002870165570000071
其中，Vout为所述DCDC的输出电压，Vin为所述DCDC的输入电压，N为所述变压器的匝数比，Iout为所述DCDC的输出电流，T为所述整流管的开关周期。
所述
Figure BDA0002870165570000072
其中，Is为负载的采样电流，
Figure BDA0002870165570000073
为负载的输入电流变化率。
可选地，如图4所示，所述占空比补偿方法还包括：
S3：判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若是，则进入S4，若否，则返回S2；
S4：设定所述DCDC的占空比按照电流连续模式下占空比公式来获取。
由于原本DCDC在电流连续模式下的占空比的控制逻辑是闭环控制，在利用本发明提出的方法时，相当于在负载由重载切换至轻载期间，将DCDC的占空比的控制逻辑变为开环控制。因此还可判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若相等，则可设置DCDC的占空比控制逻辑重新利用原本的闭环控制。也就是说，在所述DCDC切换到按照电流断续模式下占空比公式来获取占空比的开环控制时，所述DCDC还在执行按照电流连续模式下的占空比公式的计算动作，在经过若干个开关周期后，所述DCDC的占空比当前时刻分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值相等时，设置所述DCDC的占空比控制逻辑重新利用原本的闭环控制。
可选地，所述DCDC的占空比在电流连续模式下占空比公式为Dccm，
Figure BDA0002870165570000081
其中，Vout为所述DCDC的输出电压，Vin为所述DCDC的输入电压，N为所述变压器的匝数比。
如图7和图8所示，其中图7是未利用本发明提供的占空比补偿方法的试验结果，图8是利用本发明提供的占空比补偿方法的试验结果。利用本发明实施例提供的占空比补偿方法通过补偿占空比的方式解决了DCDC负载跳动时带来的过压问题，与现有技术相比，有效抑制了DCDC从重载切换到轻载时的输出电压过压，从图7和图8的比较可以看出，当负载(也即输出电流)从180A迅速跌倒2A时，仍可保证输出电压平稳。
本发明另一实施例还提出一种占空比补偿系统，如图9所示，用于DCDC，所述DCDC包括变压器以及整流管，所述占空比补偿系统包括：
状态获取单元，用于获取所述整流管的状态；
执行单元，用于设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。
本发明又一实施例提出一种占空比补偿系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述特征描述中任一项所述的占空比补偿方法。
本发明实施例还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被一处理器执行时能实现上述特征描述中任一项所述的占空比补偿方法。
综上所述，本发明提出了一种占空比补偿方法和系统及可读存储介质，用于解决DCDC的占空比不能及时响应负载的变化，从而使得输出电压的跃升得不到有效的控制的问题。与现有技术不同之处在于，首先会获取所述整流管的状态并对状态作出判断，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。由于在将DCDC的电子负载或其他负载由重载切换至轻载的瞬间，整流管的关断导致电感电流不可反向，同时DCDC电路的工作模式从电流连续模式进入到电流断续模式，按照现有技术提出的方案，此时控制器仍旧以电流连续模式的DCDC功率级传递函数所设计的补偿函数在更新占空比，很显然，DCDC在电流连续模式时的补偿函数不能有效地补偿工作于电流断续模式的DCDC。本发明提出的在负载由重载切换至轻载的过程中，通过设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取的方法，可以规避由于补偿函数与DCDC功率级传递函数的不匹配导致占空比不能及时响应负载的变化所带来的输出电压过压问题。这样在车辆行驶过程中，DCDC不会因为重载切换到轻载而停机，保证了驾驶员以及乘客的安全。
另外，由于原本DCDC在电流连续模式下的占空比的控制逻辑是闭环控制，在利用本发明提出的方法时，相当于在负载由重载切换至轻载期间，将DCDC的占空比的控制逻辑变为开环控制。因此还可判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若相等，则可设置DCDC的占空比控制逻辑重新利用原本的闭环控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种占空比补偿方法，用于DCDC，其特征在于，所述DCDC包括变压器以及整流管，所述占空比补偿方法包括：
S1：获取所述整流管的状态，若所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，则进入S2；
S2：设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。
2.如权利要求1所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述S1包括：
S11：基于所述整流管的使能标志位状态获取所述整流管的状态；
S12：若所述使能标志位由高电平变成低电平，则判定所述整流管的状态由工作状态切换至停止状态，进入S2。
3.如权利要求2所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述S11步骤前还包括：
S10：设定所述DCDC连接的负载大小的阈值，并基于所述阈值来调整所述使能标志位。
4.如权利要求3所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述S10包括：
S101：设定所述DCDC连接的负载大小的阈值；
S102：获取当前时刻所述DCDC连接的负载大小，并与所述阈值比较；
S103：若当前时刻所述DCDC连接的负载大小小于所述阈值，则调整所述使能标志位由高电平变成低电平。
5.如权利要求1所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述S2中：
所述DCDC的占空比在电流断续模式下占空比公式为Ddcm，
Figure FDA0002870165560000011
其中，Vout为所述DCDC的输出电压，Vin为所述DCDC的输入电压，N为所述变压器的匝数比，Iout为所述DCDC的输出电流，T为所述整流管的开关周期。
6.如权利要求5所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述
Figure FDA0002870165560000012
其中，Is为负载的采样电流，
Figure FDA0002870165560000013
为负载的输入电流变化率。
7.如权利要求1所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述占空比补偿方法还包括：
S3：判断当前时刻所述DCDC的占空比分别按照电流断续模式下占空比公式和按照电流连续模式下占空比公式获取的值是否相等，若是，则进入S4，若否，则返回S2；
S4：设定所述DCDC的占空比按照电流连续模式下占空比公式来获取。
8.如权利要求7所述的一种占空比补偿方法，其特征在于，所述DCDC的占空比在电流连续模式下占空比公式为Dccm，
Figure FDA0002870165560000021
其中，Vout为所述DCDC的输出电压，Vin为所述DCDC的输入电压，N为所述变压器的匝数比。
9.一种占空比补偿系统，用于DCDC，其特征在于，所述DCDC包括变压器以及整流管，所述占空比补偿系统包括：
状态获取单元，用于获取所述整流管的状态；
执行单元，用于设定所述DCDC的占空比按照电流断续模式下占空比公式来获取。
10.一种占空比补偿系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的占空比补偿方法。
11.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被一处理器执行时能实现权利要求1至8中任一项所述的占空比补偿方法。
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