用于数控转换器的稳定性的参数转换的制作方法

本发明涉及转换器。更具体地，本发明涉及数控转换器。

背景技术：

1、当dc-dc转换器控制输出电压时，由于输出控制参数(例如，dc-dc转换器的功率开关的占空比)的条件，输出电压可能不稳定。通过测量dc-dc转换器的输入和输出条件来确定输出控制参数的条件。输出控制参数的值和范围不能改变，并且由电路拓扑和dc-dc转换器的控制方法确定。

2、控制dc-dc转换器的已知方法包括使用控制器来感测输出并基于所感测的输出来调整控制参数。例如，所检测的输出可以是输出电压，并且控制参数可以是dc-dc转换器中的一个或多个功率开关的占空比。图1示出了dc-dc转换器的已知控制方法。如图1所示，在步骤s101中，检测dc-dc转换器的输出。然后，在步骤s102中，通过使用例如以下方程(2)，将所检测的输出与目标值进行比较以提供误差值。基于所感测的输出电压与目标值的比较，在步骤s103中，控制器执行dc-dc转换器的控制操作。例如，控制方程(例如，以下方程(3))可以用于控制dc-dc转换器。然后，在步骤s104中，将控制操作的结果应用于例如以下方程(4)中的控制参数。控制参数可以是例如dc-dc转换器中的一个或多个功率开关的占空比。然后，在步骤s105中，输出脉冲宽度调制(pwm)信号来控制dc-dc转换器中的一个或多个功率开关以调整输出电压。

3、图3示出了由图1的已知控制方法控制的升压dc-dc转换器的占空比与电压转换比vout/vin之间的关系的曲线图。电压转换比由以下公式提供：

4、

5、如图3的曲线图右侧的圆圈部分所示，在升压dc-dc转换器中，电压转换比vout/vin在占空比为约0.8或更大的范围内快速增加。在实际应用中，电压转换比vout/vin增加至约4，其中占空比增加至约0.8。占空比与电压转换比vout/vin之间的关系是非线性的。当电压转换比vout/vin的斜率较陡时(即，当占空比大于约0.8时)，输出电压将响应于占空比的微小变化而过度变化，这意味着控制将不稳定。当输出电压不稳定时，一种已知的解决方案是使用具有小参数(即，比例参数kp、积分参数ki和微分参数kd的小值)的比例积分微分(pid)控制。但使用具有小参数的pid控制的该已知解决方案增加了反馈响应时间，并且无法充分地解决瞬态负载变化条件。

6、实现具有小pid参数的pid控制的示例计算包括：

7、e0＝vref-vout    (2)

8、u0＝u1+e0×(kp+ki+kd)-e1×(kp-ki+2×kd)+e2×kd    (3)

9、pulse_width＝u0    (4)

10、其中，vref是参考电压值；vout是所感测的输出电压值；e0、e1、e2是误差值，其中，e0是参考电压vref和所感测的输出电压vout之间的差值，e1是前一步的误差值，以及e2是前两步的误差值；u0、u1是控制值，其中，u0是下一步的控制参数(例如，占空比)，而u1是当前步的控制参数；kp是比例参数；ki是积分参数；以及kd是微分参数；以及pulse_width是脉冲宽度。

11、另一种已知的解决方案是分别改变每个条件的pid增益。即，针对每个应用指定比例参数kp、积分参数ki和微分kd。比例参数kp、积分参数ki和微分参数kd被设计为提供稳定性并减少任何瞬态反馈响应。在该已知解决方案中，控制器根据输入和输出条件来改变pid增益，这可能需要数据表。如果使用数据表，则针对每个参数的公式可以在每个条件的边界处突然改变，这可以导致不稳定的操作。已知的解决方案可能需要pid参数的多种组合来分别满足特定输入和输出条件，这可能导致不稳定的操作并且可能需要pid参数的多种组合的许多测试条件。每个pid参数集需要评估和测试，这增加了设计dc-dc转换器的成本和时间。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了可以控制dc-dc转换器的数字控制器，每个数字控制器计算控制参数，使得输出电压与输入电压的比率是控制参数的线性函数，这在在一定范围的操作条件下稳定dc-dc转换器的输出电压而不必改变pid控制的参数。

2、根据本发明的优选实施例，一种数字控制dc-dc转换器的方法包括：检测dc-dc转换器的输出；以及将所述输出与目标值进行比较以确定误差值；基于所述误差值来计算控制参数，其中输出控制目标是所述控制参数的线性函数；将控制参数转换为转换器控制参数；以及基于所述转换器控制参数，产生脉冲信号来控制所述dc-dc转换器的功率开关。

3、输出控制目标可以是输出电压、输出电流或输出功率。计算控制参数可以包括使用提供比例积分微分控制或比例积分控制的方程。dc-dc转换器可以是升压dc-dc转换器。

4、转换器控制参数可以是dc-dc转换器的功率开关的占空比；以及控制参数可以由以下方程提供：

5、

6、其中，duty是所述dc-dc转换器的功率开关的占空比。

7、dc-dc转换器的输出可以是控制参数z的函数f(z)；以及控制参数z可以由下式提供：

8、

9、其中，f(z)是由下式定义的线性函数

10、f(z)＝a*x。

11、脉冲信号可以提供占空比控制、接通时间控制、关断时间控制、频率控制或相移控制。

12、根据本发明的优选实施例，数字控制器包括被配置为接收所检测的信号的端子和被配置为提供脉冲信号的端子。当数字控制器包括在dc-dc转换器中时，数字控制器可以被配置和/或编程为：将所检测的信号与目标值进行比较以确定误差值；基于误差值来计算控制参数，其中输出控制目标是所述控制参数的线性函数；将控制参数转换为转换器控制参数；以及基于所述转换器控制参数，产生所述脉冲信号。

13、计算控制参数可以包括使用提供比例积分微分控制或比例积分控制的方程。dc-dc转换器可以是升压dc-dc转换器。

14、转换器控制参数可以是dc-dc转换器的功率开关的占空比；以及控制参数可以由以下方程提供：

15、

16、其中，duty是所述dc-dc转换器的功率开关的占空比。

17、dc-dc转换器的输出可以是控制参数z的函数f(z)；以及所述控制参数z由下式提供：

18、

19、其中，f(z)是由下式定义的线性函数：

20、f(z)＝a·x。

21、根据本发明的优选实施例，dc-dc转换器包括：输出；功率开关；以及根据本发明的其他各种优选实施例之一的数字控制器，其连接到功率开关。

22、可以从dc-dc转换器的输出接收所检测的信号。该输出可以是输出电压、输出电流或输出功率。

23、根据以下参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征、元件、特性、步骤和优点将变得更显而易见。

技术特征：

1.一种数字控制dc-dc转换器的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输出控制目标是输出电压、输出电流或输出功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述控制参数包括：使用提供比例积分微分控制或比例积分控制的方程。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述dc-dc转换器是升压dc-dc转换器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述脉冲信号提供占空比控制、接通时间控制、关断时间控制、频率控制或相移控制。

8.一种数字控制器，包括：

9.根据权利要求8所述的数字控制器，其中，计算所述控制参数包括：使用提供比例积分微分控制或比例积分控制的方程。

10.根据权利要求8所述的数字控制器，其中，所述dc-dc转换器是升压dc-dc转换器。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的数字控制器，其中，

12.根据权利要求8至10中任一项所述的数字控制器，其中，

13.一种dc-dc转换器，包括：

14.根据权利要求13所述的dc-dc转换器，其中，从所述dc-dc转换器的所述输出接收所检测的信号。

15.根据权利要求14所述的dc-dc转换器，其中，所述输出是输出电压、输出电流或输出功率。

技术总结
一种数字控制DC‑DC转换器的方法包括：检测DC‑DC转换器的输出；将输出与目标值进行比较以确定误差值；基于误差值来计算控制参数，其中输出控制目标是控制参数的线性函数；将控制参数转换为转换器控制参数；以及基于转换器控制参数，产生脉冲信号来控制DC‑DC转换器的功率开关。

技术研发人员：志治肇
受保护的技术使用者：株式会社村田制作所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19