TW201419731A - 控制功率級方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是關於一種功率轉換器的控制方法，其中一輸出電壓係根據控制一切換電壓級之一控制法則而產生，且其中在該功率轉換器的斜升期間，該功率級的至少一參數係經辨識且其中該控制法則係適應所辨識之該功率級的至少一參數，以操作該功率轉換器。本發明也關於一種功率轉換器，其包括由一補償器執行之一控制法則所控制的一切換功率級、用於在該功率轉換器的斜升期間決定該功率級的至少一參數之裝置、以及用於根據所辨識之該功率級的至少一參數而使該控制法則適應之裝置。用於使該控制法則適應之裝置係包括用於使該控制法則的一參數適應之裝置、用於常態化該控制法則的一參數之裝置、以及用於調整該控制法則的一參數之裝置。
Description
本發明是關於一種用於控制一功率級與相關功率轉換器之方法。本發明特別是關於一種用於控制一直流對直流（DC-DC）功率轉換器之方法。
在直流對直流（DC-DC）轉換器應用中，輸出大容量電容（bulk capacitance）的值通常是不確定的。在需要瞬變應用（例如在負載點POL）時，此不確定性會導致控制電壓過度上/下衝及振鈴。這在POL模組是一特別問題，但也存在於許多DC-DC應用中。
模組製造者已經試圖要解決此一問題，例如藉由使模組使用者可調整POL模組的補償[1, 2]。
適應控制技術包括參數辨識和控制器設計之步驟。研究學者已經使用適應控制技術[3至6]，利用各種功率級之參數的辨識方法和利用這些值的預估量來補償控制迴圈。處理電容負載的廣大變異性係已經成為一項特別的關注焦點[5]。電容的參數辨識可利用Demeliac等人於美國專利US 3,530,379中所教示的方法來達成[8]。
參數辨識係已使用非參數性[5, 6]和參數性方法[3至5]以決定功率級的參數。在許多情況下，這會對DC-DC轉換器的輸出電壓產生不需要的擾動。這在非參數性辨識方面會特別是個問題，據此通常引入一測試訊號。在參數性辨識中，缺乏持續激發會導致需要一注入訊號以增進辨識。此外，在缺乏持續激發或在一不穩定系統的情況下，預估量的品質會是不良的，而導致一補償不佳的控制系統或需要引入干擾來激發系統。可能使用已經存在於系統中的一訊號來作為一測試訊號。舉例而言，可使用一電壓斜升，其在DC-DC轉換器的軟啟動時通常為可用[7]。
在適應控制中的控制器設計步驟涉及為使用從參數辨識所預估之功率級參數的控制迴圈設計補償。關於習知方法所存在的數個缺點包括：補償參數計算中所涉及的高計算複雜度、使IC實施成本更高。舉例而言，在控制器設計步驟中通常使用極點放置方法，且一般必須解出丟番圖（Diophantine）矩陣計算來產生補償參數。這會涉及矩陣求逆，且因此在硬體上是複雜的。也存在有在完成參數辨識之前如何進行控制迴圈補償的相關問題，因此迴圈的行為是呈可預期方式。控制迴圈在起始處的震盪也是系統中無法接受者，且因此實際上的適應控制器需要處理這個問題。
[1] V. J. Thottuvelil，「以可調迴圈TM特徵最佳化POL瞬變響應（Optimizing POL Transient Response with the Tunable LoopTM Feature）」（參見網址：http://www.lineagepower.com/oem/pdf/tunable_loop.pdf）
[2] Intersil，「數位DC/DC PMBus 12A模組（Digital DC/DC PMBus 12A Module）之數據表」（參見網址：
http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn76/
fn7669.pdf）
[3] Kelly之美國專利第US 7,630,779號，「自補償封閉迴圈適應控制系統（A self compensating closed loop adaptive control system）」（2005年）。
[4] Kelly與K. Rinne之文獻「基於線性預測之切換轉換器之自補償適應數位穩壓器（A self-compensating adaptive digital regulator for switching converters based on linear prediction）」，摘自2006年之「Applied Power Electronics Conference and Exposition」（APEC ‘06，第21年度IEEE，2006，第7頁）。
[5] M. Shirazi等人之文獻「用於具寬電容負載範圍之數位控制負載點轉換器之自動調整技術（Autotuning Techniques for Digitally-Controlled Point-of-Load Converters with Wide Range of Capacitive Loads）」，摘自2007年之「Applied Power Electronics Conference」第14至20頁。
[6] J. Morroni等人之文獻「以所需相位餘裕為基礎之用於數位控制DC-DC轉換器之適應調整系統的設計和實施（Design and Implementation of an Adaptive Tuning System Based on Desired Phase Margin for Digitally Controlled DC-DC Converters）」，摘自2009年之「Power Electronics」（IEEE Transactions，第24卷第559至564頁）。
[7] A. Kelly之美國專利第US 7,630,779號，「自補償之封閉迴圈適應控制系統（A self compensating closed loop adaptive control system）」（2005年）。
[8] G. Demerliac等人之美國專利第US 3,530,379號，「利用具預定斜率之電壓斜升的電容測量設備（CAPACITANCE MEASURING APPARATUS UTILIZING VOLTAGE RAMPS OF PREDETERMINED SLOPE）」（1970年）。
模組製造者已經試圖要解決此一問題，例如藉由使模組使用者可調整POL模組的補償[1, 2]。
適應控制技術包括參數辨識和控制器設計之步驟。研究學者已經使用適應控制技術[3至6]，利用各種功率級之參數的辨識方法和利用這些值的預估量來補償控制迴圈。處理電容負載的廣大變異性係已經成為一項特別的關注焦點[5]。電容的參數辨識可利用Demeliac等人於美國專利US 3,530,379中所教示的方法來達成[8]。
參數辨識係已使用非參數性[5, 6]和參數性方法[3至5]以決定功率級的參數。在許多情況下，這會對DC-DC轉換器的輸出電壓產生不需要的擾動。這在非參數性辨識方面會特別是個問題，據此通常引入一測試訊號。在參數性辨識中，缺乏持續激發會導致需要一注入訊號以增進辨識。此外，在缺乏持續激發或在一不穩定系統的情況下，預估量的品質會是不良的，而導致一補償不佳的控制系統或需要引入干擾來激發系統。可能使用已經存在於系統中的一訊號來作為一測試訊號。舉例而言，可使用一電壓斜升，其在DC-DC轉換器的軟啟動時通常為可用[7]。
在適應控制中的控制器設計步驟涉及為使用從參數辨識所預估之功率級參數的控制迴圈設計補償。關於習知方法所存在的數個缺點包括：補償參數計算中所涉及的高計算複雜度、使IC實施成本更高。舉例而言，在控制器設計步驟中通常使用極點放置方法，且一般必須解出丟番圖（Diophantine）矩陣計算來產生補償參數。這會涉及矩陣求逆，且因此在硬體上是複雜的。也存在有在完成參數辨識之前如何進行控制迴圈補償的相關問題，因此迴圈的行為是呈可預期方式。控制迴圈在起始處的震盪也是系統中無法接受者，且因此實際上的適應控制器需要處理這個問題。
[1] V. J. Thottuvelil，「以可調迴圈TM特徵最佳化POL瞬變響應（Optimizing POL Transient Response with the Tunable LoopTM Feature）」（參見網址：http://www.lineagepower.com/oem/pdf/tunable_loop.pdf）
[2] Intersil，「數位DC/DC PMBus 12A模組（Digital DC/DC PMBus 12A Module）之數據表」（參見網址：
http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn76/
fn7669.pdf）
[3] Kelly之美國專利第US 7,630,779號，「自補償封閉迴圈適應控制系統（A self compensating closed loop adaptive control system）」（2005年）。
[4] Kelly與K. Rinne之文獻「基於線性預測之切換轉換器之自補償適應數位穩壓器（A self-compensating adaptive digital regulator for switching converters based on linear prediction）」，摘自2006年之「Applied Power Electronics Conference and Exposition」（APEC ‘06，第21年度IEEE，2006，第7頁）。
[5] M. Shirazi等人之文獻「用於具寬電容負載範圍之數位控制負載點轉換器之自動調整技術（Autotuning Techniques for Digitally-Controlled Point-of-Load Converters with Wide Range of Capacitive Loads）」，摘自2007年之「Applied Power Electronics Conference」第14至20頁。
[6] J. Morroni等人之文獻「以所需相位餘裕為基礎之用於數位控制DC-DC轉換器之適應調整系統的設計和實施（Design and Implementation of an Adaptive Tuning System Based on Desired Phase Margin for Digitally Controlled DC-DC Converters）」，摘自2009年之「Power Electronics」（IEEE Transactions，第24卷第559至564頁）。
[7] A. Kelly之美國專利第US 7,630,779號，「自補償之封閉迴圈適應控制系統（A self compensating closed loop adaptive control system）」（2005年）。
[8] G. Demerliac等人之美國專利第US 3,530,379號，「利用具預定斜率之電壓斜升的電容測量設備（CAPACITANCE MEASURING APPARATUS UTILIZING VOLTAGE RAMPS OF PREDETERMINED SLOPE）」（1970年）。
本發明的目的之一在於提供一種用於控制一功率級的方法，其具有優於習知技術之響應。進一步的目的在於提供一種強健的功率轉換器。此目的係藉由根據獨立方法申請專利範圍之一種方法以及根據獨立裝置申請專利範圍的一種功率轉換器所實現。
本發明與功率轉換器之控制方法相關，其中一輸出電壓係根據控制一切換功率級之控制法則所產生。在功率轉換器的斜升期間，該功率級的至少一個參數係被辨識。該控制法則係適應於所辨識之該功率級的至少一個參數以運作該功率轉換器。一般而言，該控制法則係於一補償器中執行。該方法在辨識功率級參數時調整補償器參數(利用新的資訊、鑑於辨識之參數值而修正控制迴圈的補償)，因而提供一較佳響應及一種更強健的功率補償器。
一種功率級係被執行，以使得其包括一電感器和一輸出電容器。接著待辨識之參數通常為該輸出電容器的電容C或ESR。此外，辨識功率級的電感也會是有益的。在無限制下，其顯然可適應至可被容易辨識的任何其他參數。
該控制法則係藉由針對辨識參數而重新參數化控制法則的控制參數而通過根據該辨識參數與該功率級的至少一個參數之預期值之間的偏差量改變控制參數來適應。預期值是指從關於該參數的一先前資訊（例如電容或電感的額定值）而預期的數值。
本發明之一態樣係關於常態化。藉由以控制參數的預期值來常態化所辨識之該控制參數，藉此使控制法則適應，以得到一常態化之辨識參數，並根據該常態化之辨識參數與該功率級的該至少一參數的一常態化預期值之間的偏差量來改變控制參數。
本發明之一態樣係關於控制法則。該控制法則通常是由具有複數個零值與極點的一轉移函數所定義。該轉移函數的複數個零值與極點係於辨識該功率級的該至少一參數之前基於該功率級的該至少一參數之預期值而決定。在決定該功率級的該至少一參數之後，該轉移函數的複數個零值和極點係根據所辨識之該功率級的至少一參數而適應。
因此，在參數辨識已經完成之前，以功率級參數的預期值之習知設計等式為基礎來補償控制法則的控制迴圈係提供了控制迴圈運作之一所需起始點，並允許在不佳品質辨識的情況下運作。
可使用重新參數化之參數來產生正確的補償參數或補償器轉移函數的極點-零值位置。可以一種計算上非常不昂貴的方式而使用查找表來達到這個結果。同樣的，關於其他功率級參數的重新參數化也是可能的(或甚至是系統的性能目標、一既定負載步驟之這類封閉迴圈帶寬或輸出電壓偏差)。在此方式中，可以簡單的重新參數化、常態化與改變之過程來迎合各種變化和設計目標。重新參數畫和常態化係可離線製備，而改變則需利用計算上不昂貴的技術（例如LUT或CSD乘法器）來線上達成。
若功率級的參數為輸出電容器的電容C或ESR，則轉移函數的複數個零值或極點係以該電容C或ESR之預期值為基礎而加以決定。在辨識了電容C或ESR之後，轉移函數的複數個零值或極點係根據所辨識之電容C或ESR而適應。在無限制下，顯然可知轉移函數可辨識出可被直接辨識的任何其他函數，例如輸出電容器ESR與電感器的電感L。
具體而言，轉移函數的複數個零值與極點係適應於該轉移函數的一封閉迴圈之一預定迴圈帶寬。或者是，當控制法則為PID類型時，比例與積分增益係被調整至一預定迴圈帶寬之辨識電容C。當功率級的參數為輸出電容器的電容C時，比例與積分增益係調整至所辨識之電容C。
當線性響應的情況下，是藉由測量斜升期間Δt之一平均電感器電流iL,AVG和該電容C在斜升開始時與斜升結束時的電壓降來辨識電容C。接著可根據C=IL,AVG*Δt/ΔV來計算電容C，其中ΔV是電容C在斜升開始時與斜升結束時的電壓降之差。因此，可以簡單的方式來辨識電容C，而不會在辨識過程中產生額外干擾。
當在斜升期間有一明顯的未知負載電流時，修正該平均電感器電流而使得僅有電容器所吸取的電流被用於計算電容值是有益的。為此目的，該平均電感器電流係於斜升已經完成時加以測量，以產生一斜升期間之未知負載電流的預估值。因此，可藉由自斜升期間之該平均電感器電流減去該預估之負載電流來估算該電容。
當輸出電容器展示明顯的ESR時，可藉由測量斜升時間Δt期間的一平均電感器電流iL和電容C的電壓降、並從該平均電感器電流iL與該電容C的電壓降之一函數關係（假設該函數關係為指數關係）來辨識該電容C。
本發明也與功率轉換器有關，該功率轉換器包括由一補償器所執行的一控制法則控制之一切換功率級。該功率級包括用於在功率轉換器的斜升期間辨識該功率級的至少一參數之裝置、以及用於根據所辨識之該功率級的至少一參數來使該控制法則適應之裝置。所述用於使該控制法則適應之裝置包括用於使該控制法則的一參數適應之裝置、用於常態化該控制法則的一參數之裝置、以及用於改變該控制法則的一參數之裝置。
功率級可包括用於在功率轉換器之斜升期間辨識一功率級的電容C或ESR或電感之裝置、以及用於根據所辨識之電容C或ESR或電感而使該補償器的控制法則適應之裝置。
本發明與功率轉換器之控制方法相關，其中一輸出電壓係根據控制一切換功率級之控制法則所產生。在功率轉換器的斜升期間，該功率級的至少一個參數係被辨識。該控制法則係適應於所辨識之該功率級的至少一個參數以運作該功率轉換器。一般而言，該控制法則係於一補償器中執行。該方法在辨識功率級參數時調整補償器參數(利用新的資訊、鑑於辨識之參數值而修正控制迴圈的補償)，因而提供一較佳響應及一種更強健的功率補償器。
一種功率級係被執行，以使得其包括一電感器和一輸出電容器。接著待辨識之參數通常為該輸出電容器的電容C或ESR。此外，辨識功率級的電感也會是有益的。在無限制下，其顯然可適應至可被容易辨識的任何其他參數。
該控制法則係藉由針對辨識參數而重新參數化控制法則的控制參數而通過根據該辨識參數與該功率級的至少一個參數之預期值之間的偏差量改變控制參數來適應。預期值是指從關於該參數的一先前資訊（例如電容或電感的額定值）而預期的數值。
本發明之一態樣係關於常態化。藉由以控制參數的預期值來常態化所辨識之該控制參數，藉此使控制法則適應，以得到一常態化之辨識參數，並根據該常態化之辨識參數與該功率級的該至少一參數的一常態化預期值之間的偏差量來改變控制參數。
本發明之一態樣係關於控制法則。該控制法則通常是由具有複數個零值與極點的一轉移函數所定義。該轉移函數的複數個零值與極點係於辨識該功率級的該至少一參數之前基於該功率級的該至少一參數之預期值而決定。在決定該功率級的該至少一參數之後，該轉移函數的複數個零值和極點係根據所辨識之該功率級的至少一參數而適應。
因此，在參數辨識已經完成之前，以功率級參數的預期值之習知設計等式為基礎來補償控制法則的控制迴圈係提供了控制迴圈運作之一所需起始點，並允許在不佳品質辨識的情況下運作。
可使用重新參數化之參數來產生正確的補償參數或補償器轉移函數的極點-零值位置。可以一種計算上非常不昂貴的方式而使用查找表來達到這個結果。同樣的，關於其他功率級參數的重新參數化也是可能的(或甚至是系統的性能目標、一既定負載步驟之這類封閉迴圈帶寬或輸出電壓偏差)。在此方式中，可以簡單的重新參數化、常態化與改變之過程來迎合各種變化和設計目標。重新參數畫和常態化係可離線製備，而改變則需利用計算上不昂貴的技術（例如LUT或CSD乘法器）來線上達成。
若功率級的參數為輸出電容器的電容C或ESR，則轉移函數的複數個零值或極點係以該電容C或ESR之預期值為基礎而加以決定。在辨識了電容C或ESR之後，轉移函數的複數個零值或極點係根據所辨識之電容C或ESR而適應。在無限制下，顯然可知轉移函數可辨識出可被直接辨識的任何其他函數，例如輸出電容器ESR與電感器的電感L。
具體而言，轉移函數的複數個零值與極點係適應於該轉移函數的一封閉迴圈之一預定迴圈帶寬。或者是，當控制法則為PID類型時，比例與積分增益係被調整至一預定迴圈帶寬之辨識電容C。當功率級的參數為輸出電容器的電容C時，比例與積分增益係調整至所辨識之電容C。
當線性響應的情況下，是藉由測量斜升期間Δt之一平均電感器電流iL,AVG和該電容C在斜升開始時與斜升結束時的電壓降來辨識電容C。接著可根據C=IL,AVG*Δt/ΔV來計算電容C，其中ΔV是電容C在斜升開始時與斜升結束時的電壓降之差。因此，可以簡單的方式來辨識電容C，而不會在辨識過程中產生額外干擾。
當在斜升期間有一明顯的未知負載電流時，修正該平均電感器電流而使得僅有電容器所吸取的電流被用於計算電容值是有益的。為此目的，該平均電感器電流係於斜升已經完成時加以測量，以產生一斜升期間之未知負載電流的預估值。因此，可藉由自斜升期間之該平均電感器電流減去該預估之負載電流來估算該電容。
當輸出電容器展示明顯的ESR時，可藉由測量斜升時間Δt期間的一平均電感器電流iL和電容C的電壓降、並從該平均電感器電流iL與該電容C的電壓降之一函數關係（假設該函數關係為指數關係）來辨識該電容C。
本發明也與功率轉換器有關，該功率轉換器包括由一補償器所執行的一控制法則控制之一切換功率級。該功率級包括用於在功率轉換器的斜升期間辨識該功率級的至少一參數之裝置、以及用於根據所辨識之該功率級的至少一參數來使該控制法則適應之裝置。所述用於使該控制法則適應之裝置包括用於使該控制法則的一參數適應之裝置、用於常態化該控制法則的一參數之裝置、以及用於改變該控制法則的一參數之裝置。
功率級可包括用於在功率轉換器之斜升期間辨識一功率級的電容C或ESR或電感之裝置、以及用於根據所辨識之電容C或ESR或電感而使該補償器的控制法則適應之裝置。
11．．．功率級
12．．．電感器
13．．．輸出電容器
14．．．補償器
15、16．．．開關
31a．．．線
31b．．．點狀曲線
32b、41a、41b、42a、42b．．．曲線
下文將藉由例示具體實施例並參照如附圖式來更詳細說明根據本發明之方法與相關的功率轉換器，其中：
第1圖說明在斜升其間之一DC-DC功率轉換器及其輸出電壓和電感器；
第2圖說明具有兩個零值和兩個極點的控制法則轉換函數；
第3圖說明調整至不同輸出電容之轉移函數；
第4圖說明原始和經調整之控制法則（補償器）的波德圖（Bode Plots）；
第5圖說明在軟斜升期間的輸出電壓、電感器電流和平均電感器電流；
第6圖說明利用適應至辨識電容之一更新控制法則（補償器）的DC-DC功率轉換器的響應；
第7圖說明一不穩定的DC-DC功率轉換器的響應；以及
第8圖說明該不穩定的DC-DC功率轉換器在其控制法則（補償器）適應至所辨識的電容時之響應穩定化。
第1圖說明在斜升其間之一DC-DC功率轉換器及其輸出電壓和電感器；
第2圖說明具有兩個零值和兩個極點的控制法則轉換函數；
第3圖說明調整至不同輸出電容之轉移函數；
第4圖說明原始和經調整之控制法則（補償器）的波德圖（Bode Plots）；
第5圖說明在軟斜升期間的輸出電壓、電感器電流和平均電感器電流；
第6圖說明利用適應至辨識電容之一更新控制法則（補償器）的DC-DC功率轉換器的響應；
第7圖說明一不穩定的DC-DC功率轉換器的響應；以及
第8圖說明該不穩定的DC-DC功率轉換器在其控制法則（補償器）適應至所辨識的電容時之響應穩定化。
第1圖說明一DC-DC轉換器的軟啟動機制，該DC-DC轉換器包括切換之功率級11，該功率級包括一電感器12、一輸出電容器13、以及執行一控制法則以控制功率級11之開關15、16的一補償器14。在軟啟動斜升期間，電感器電流必對輸出電容器13充電。連接至DC-DC轉換器之負載元件通常在輸出電壓達到其所需設定點之前會主動重置，因此可假設這些負載元件在軟啟動斜升期間並不吸取電流。因為施加至電容器的總電荷與最終電壓和其電容C成比例，電容C可以施加電荷為函數而加以預估。施加電荷可由在軟啟動斜升期間所施加的平均電流和斜升時間（ΔT）而輕易確定，其中ΔV是斜升開始與斜升結束電壓之間的差異。因此，預估之電容C為：C=*(ΔT/ΔV)
在斜升期間有明顯負載電流的情況下可對計算中所使用之平均電流進行修正(藉由測量在斜升已經完成之後的電流、並從平均斜升電流值中減去此值)。
第2圖說明了一離散時間「類型-3」補償器的大小對頻率之關係和轉移函數，該補償器係執行2零值-2極點加積分器轉移函數。對於功率級參數的預期值，以習知設計等式為基礎之極點和零值的放置係提供了一所需啟始點，以供控制迴圈於參數辨識已經完成前之運作之用。
補償器在輸出電容的方面係已重新參數化，因而當施加較大的電容量時係可據以進行改變。這係說明於第3圖中，其中實線曲線表示功率級大小對頻率（線31a）和迴圈增益L（線32a）之關係，並指示預期的迴圈行為。第3圖中的點狀線表示如何在具有較大電容量的系統中達到相同的迴圈帶寬（如功率級大小的點狀曲線31b與迴圈增益之曲線32b中所示）。
可藉由使補償器的零值移動一對應量（該對應量係產生與原始系統相同的迴圈帶寬）來達成改變。亦即，若電容值為四倍，則LC帶寬會減半，且零值位置的頻率必定比其原始值減半。以此方式，補償器可使用預估的電容值來修飾補償，以供常態化過程最佳化性能及針對輸出電容C之改變。
調整也說明於第4圖中。從補償器調整（曲線41a、41b與42a、42b）顯然可知，一PID類型的比例和差分增益也可被等效地加以調整。
DC-DC轉換器的軟啟動係說明於第5圖中。第5a圖說明輸出電壓、第5b圖為電感器電流、而第5c圖為平均電感器電流，皆為時間的函數。在軟啟動斜升結束時的平均電感器電流係一峰值，其表示電容器呈完全充電。
為了進一步說明本發明的優勢，第6圖說明了一例示DC-DC轉換器的功率級辨識和控制系統，藉此，根據在軟啟動斜升結束時的平均電感器電流，電容被辨識為4000微法拉第。在此情況下，迴圈係已被補償了假設1000微法拉第。在6毫秒之後更新辨識之電容。可知藉由系統的實際輸出電容的辨識係可改善瞬變響應。
轉參第5圖，顯然可知並無干擾被引入至控制迴圈中以辨識電容。
顯然，特別有利的是在其低於穩定性臨界值時可正確地辨識一控制系統的輸出電容，並可修正補償以確保穩定性。第7圖說明了此方法在一不穩定的DC-DC轉換器上亦等同地運作，藉此在軟啟動斜升期間的平均電感器電流係不受不穩定性影響，這確保辨識的準確性。第8圖說明一旦該辨識電容值在6毫秒之後被用以調整迴圈補償，該系統的穩定性即可回復。
因此，電容辨識和簡單的從一預定補償器之補償調整手段之組合在DC-DC轉換器的性能與成本上都帶來明顯的優點，省去需要複雜的辨識和補償計算演算法之需求。此外，所示之辨識係可於不穩定系統的存在下運作，而關於其他辨識方法，這會是一個問題。
在斜升期間有明顯負載電流的情況下可對計算中所使用之平均電流進行修正(藉由測量在斜升已經完成之後的電流、並從平均斜升電流值中減去此值)。
第2圖說明了一離散時間「類型-3」補償器的大小對頻率之關係和轉移函數，該補償器係執行2零值-2極點加積分器轉移函數。對於功率級參數的預期值，以習知設計等式為基礎之極點和零值的放置係提供了一所需啟始點，以供控制迴圈於參數辨識已經完成前之運作之用。
補償器在輸出電容的方面係已重新參數化，因而當施加較大的電容量時係可據以進行改變。這係說明於第3圖中，其中實線曲線表示功率級大小對頻率（線31a）和迴圈增益L（線32a）之關係，並指示預期的迴圈行為。第3圖中的點狀線表示如何在具有較大電容量的系統中達到相同的迴圈帶寬（如功率級大小的點狀曲線31b與迴圈增益之曲線32b中所示）。
可藉由使補償器的零值移動一對應量（該對應量係產生與原始系統相同的迴圈帶寬）來達成改變。亦即，若電容值為四倍，則LC帶寬會減半，且零值位置的頻率必定比其原始值減半。以此方式，補償器可使用預估的電容值來修飾補償，以供常態化過程最佳化性能及針對輸出電容C之改變。
調整也說明於第4圖中。從補償器調整（曲線41a、41b與42a、42b）顯然可知，一PID類型的比例和差分增益也可被等效地加以調整。
DC-DC轉換器的軟啟動係說明於第5圖中。第5a圖說明輸出電壓、第5b圖為電感器電流、而第5c圖為平均電感器電流，皆為時間的函數。在軟啟動斜升結束時的平均電感器電流係一峰值，其表示電容器呈完全充電。
為了進一步說明本發明的優勢，第6圖說明了一例示DC-DC轉換器的功率級辨識和控制系統，藉此，根據在軟啟動斜升結束時的平均電感器電流，電容被辨識為4000微法拉第。在此情況下，迴圈係已被補償了假設1000微法拉第。在6毫秒之後更新辨識之電容。可知藉由系統的實際輸出電容的辨識係可改善瞬變響應。
轉參第5圖，顯然可知並無干擾被引入至控制迴圈中以辨識電容。
顯然，特別有利的是在其低於穩定性臨界值時可正確地辨識一控制系統的輸出電容，並可修正補償以確保穩定性。第7圖說明了此方法在一不穩定的DC-DC轉換器上亦等同地運作，藉此在軟啟動斜升期間的平均電感器電流係不受不穩定性影響，這確保辨識的準確性。第8圖說明一旦該辨識電容值在6毫秒之後被用以調整迴圈補償，該系統的穩定性即可回復。
因此，電容辨識和簡單的從一預定補償器之補償調整手段之組合在DC-DC轉換器的性能與成本上都帶來明顯的優點，省去需要複雜的辨識和補償計算演算法之需求。此外，所示之辨識係可於不穩定系統的存在下運作，而關於其他辨識方法，這會是一個問題。
11．．．功率級
12．．．電感器
13．．．輸出電容器
14．．．補償器
15、16．．．開關
Claims (1)
1. 一種用於一功率轉換器的控制方法，其中一輸出電壓係依據控制一切換功率級之一控制法則而產生，其中在該功率轉換器的斜升期間，該功率級的至少一參數係被辨識，且其中該控制法則係適應於所述辨識該功率級的至少一參數，以操作該功率轉換器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中使該控制法則適應包括針對該辨識參數重新參數化該控制法則的控制參數，並根據該辨識參數與該功率級的該至少一參數的一預期值之間的一偏差量來改變控制參數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之控制方法，其中使該控制法則適應係進一步包括以該控制參數的該預期值來常態化該辨識控制參數，以得到一常態化辨識參數，並且根據該常態化辨識參數與該功率級的該至少一參數的一常態化預期值之間的一偏差量來改變控制參數。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之控制方法，其中該控制法則係由一轉移函數所定義，該轉移函數具有複數個零值和極點，且其中該轉移函數的該複數個零值和極點係於辨識該功率的該至少一參數之前基於該功率級的該至少一參數之一預期值而決定。
5. 如申請專利範圍第4項所述之控制方法，其中在決定該功率級的該至少一參數之後，根據該功率級之辨識之該至少一參數來使該轉移函數的該複數個零值與極點適應。
6. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，其中該轉移函數的一增益或一零值或一極點是根據該辨識參數與該功率級的該至少一參數的一預期值之間該偏差值而加以改變。
7. 如申請專利範圍第2項至第6項中任一項所述之控制方法，其中重新參數化及/或常態化係被離線準備，而所述改變是在線上利用查找表或標準符號數(canonic sign digit)乘法器執行。
8. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之控制方法，其中該功率級包括一電感器與一輸出電容器，且其中待辨識之該功率級的該參數為該電容C或該輸出電容器的ESR或該輸出電感器的該電感。
9. 如申請專利範圍第7項所述之控制方法，其中該轉移函數的該複數個零值與極點係基於該電容C或該ESR或該電感之一預期值而決定。
10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之控制方法，其中該電容C係藉由在斜升時間Δt之期間測量一平均電感器電流
及在該斜升之該開始與在該斜升之該結束之該電容C的一電壓降並計算C=
*Δt/ΔV而加以決定，其中ΔV為在該斜升之該開始與該斜升之該結束之間的該電容C之該電壓降之間的差。
11. 如申請專利範圍第10項所述之控制方法，其中該平均電流
係藉由測量在斜升已經完成時的該平均電感器電流、並自斜升之期間的該平均電感器電流減去在斜升之後所測量的該平均電感器電流而加以修正。
12. 如申請專利範圍第8項至第11項中任一項所述之控制方法，其中該電容是藉由在斜升時間Δt之期間測量一平均電感器電流
及該電容C的一電壓降、並從該平均電感器電流
和該電容C的該電壓降的函數關係計算該電容C而加以決定，其中假設該函數關係為指數關係。
13. 如申請專利範圍第4項至第12項中任一項所述之控制方法，其中該轉移函數的該複數個零值與極點係適應於該轉移函數的一封閉迴圈的一預定迴圈帶寬。
14. 如申請專利範圍第8項至第13項所述之控制方法，其中該控制法則是PID型，且其中成比例的整數增益係經調整至一預定迴圈帶寬之該辨識之電容C或ESR或電感。
15. 一種功率轉換器，包括藉由一補償器所執行之一控制法則加以控制之一切換功率級、用於在該功率轉換器的斜升期間辨識該功率級之至少一參數的裝置、以及用於根據該功率級的該辨識的至少一參數而使該補償器的該控制法則適應之裝置，其中用於使該控制法則適應之該裝置包括用於使該控制法則的一參數適應之裝置、用於常態化該控制法則的一參數之裝置、以及用於改變該控制法則的一參數之裝置。
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