配置电压调节器系统的控制器的方法和电压调节器系统技术方案

公开了一种配置用于具有由电感(L)和电容(C)设置的输出滤波器响应的电压调节器系统的控制器的方法和电压调节器系统。方法包括将一个或更多个具有已知接通时间和关断时间的脉冲施加至电压调节器系统，以及响应于一个或更多个具有已知接通时间和关断时间的脉冲对电压调节器系统进行测量。方法还包括基于测量结果来构建电压调节器系统的输出滤波器响应的模型，以及基于输出滤波器响应的模型来设置控制器的一个或更多个控制回路参数。

Method for configuring controller of voltage regulator system and voltage regulator system

A method and a voltage regulator system for configuring a controller for a voltage regulator system having a response to an output filter set by an inductor (L) and a capacitor (C) are disclosed. The method includes applying one or more pulses with known turn-on and turn-off times to the voltage regulator system and measuring the voltage regulator system in response to one or more pulses with known turn-on and turn-off times. The method also includes constructing the output filter response model of the voltage regulator system based on the measurement results, and setting one or more control loop parameters of the controller based on the output filter response model.

【技术实现步骤摘要】
配置电压调节器系统的控制器的方法和电压调节器系统
本申请涉及电压调节器，特别地涉及设置电压调节器控制器的控制回路参数。
技术介绍
PID(比例-积分-微分)控制器被广泛用于控制电压调节器。许多类型的电压调节器具有由系统的实际或等效有效输出电感(L)和电容(C)设置的输出滤波器响应。输出电容和电感变化会导致电压调节器系统变得不稳定、关机或故障。输出滤波器响应的双极点(doublepole)频率是优化电压调节器控制器的控制回路的PID补偿的关键参数，输出滤波器响应的双极点频率是输出电感和电容的函数，如由1/(2π√LC)所给出的。如果例如由于器件变化、器件老化、模块化负载应用等，电压调节器系统的实际输出电感和/或电容从预期值或标称值改变，则双极点频率也发生偏移。按照惯例基于基准(标称)双极点频率设置的初始优化PID控制回路，通常不能针对实际双极点频率的变化进行补偿，因此会导致不期望的系统行为。对于一些电压调节器系统应用，输出电感和电容可以变化高达+/-22％。这样的LC变化意味着双极点频率可从-18％变化至28％。对于其中用户可以通过插入另外的负载和输出电容来修改调节器负载的模块化负载应用来说，电容和LC变化可能会更大。用于针对双极点频率的大范围变化进行补偿的常规方法包括增加过量的输出电容器，这增加了系统成本并且在上电期间需要超量的充电电流。另一常规方法使用非常保守的PID补偿，使得对于具有比预期更小的电容或更大的电感的系统发生过大的过冲或下冲。因此，存在对改进的输出滤波器响应补偿技术的需要。
技术实现思路
根据配置用于具有由电感(L)和电容(C)设置的输出滤波器响应的电压调节器系统的控制器的方法的实施方式，该方法包括：将一个或更多个已知接通时间和关断时间的脉冲施加至电压调节器系统；响应于一个或更多个已知接通时间和关断时间的脉冲，对电压调节器系统进行测量；基于所述测量来构建电压调节器系统的输出滤波器响应的模型；以及基于输出滤波器响应的模型来设置控制器的一个或更多个控制回路参数。根据具有由电感(L)和电容(C)设置的输出滤波器响应的电压调节器系统的实施方式，电压调节器系统包括控制器，该控制器可操作成向电压调节器系统施加一个或更多个已知接通时间和关闭时间的脉冲，响应于一个或更多个已知接通时间和关断时间的脉冲，对电压调节器系统进行测量，基于所述测量来构建电压调节器系统的输出滤波器响应的模型，以及基于输出滤波器响应的模型来设置控制器的一个或更多个控制回路参数。在阅读下面的具体实施方式后以及在查看附图之后，本领域技术人员将认识到另外的特征和优点。附图说明附图中的元素不一定相对于彼此成比例。相似的附图标记表示对应的类似部件。可以组合各种示出的实施方式的特征，除非它们彼此排斥。附图中示出了实施方式，并且在下面的描述中详述了实施方式。图1示出了具有控制回路参数设置单元的电压调节器的实施方式的框图；图2示出了用于电压调节器的控制回路参数设置方法的实施方式的流程图；图3示出了在设置电压调节器的控制回路参数中使用的各种测量；图4示出了与控制回路参数设置实施方式相关联的各种波形；图5示出了用于设置电压调节器的控制回路参数的、基于查找表的实施方式的框图。具体实施方式本文中描述的实施方式提供了用于测量电压调节器系统的输出滤波器响应以及基于从测量得到的输出滤波器响应的模型来设置用于电压调节器系统的一个或更多个控制参数的技术。因此，可以在设置用于控制电压调节器系统的工作的控制器的(一个或多个)控制回路参数时，测量和解决设置电压调节器系统的输出滤波器响应的输出电感(L)和电容(C)的变化。图1示出了用于电压调节器(VR)的控制器100的实施方式。可以使用具有由电感(L)和电容(C)设置的输出滤波器响应的任何电压调节器。例如，电压调节器可以是非隔离的(无变压器)或者隔离的(有变压器)DC到DC(直流到直流)转换器，例如降压转换器、升压转换器、升降压转换器、转换器、正激式转换器、半桥转换器、全桥转换器、反激式转换器等，或者AC到DC(交流到直流)转换器，例如单相/半波整流器、单相/全波整流器、多相/半波整流器、多相/全波整流器等。电压调节器可以具有一个(单)或多个(多)相102。多相电压调节器具有用于对(未示出的)负载供电的不止一个相102。图1所示的通用电压转换器被示出为具有N个相102，其中，N≥1。每个相102包括一个或更多个半导体开关器件104以使得能够针对负载进行电压调节。每个相102还包括用于将相102连接至电压调节器系统的输出电容器(Cout)的输出电感器(Lx)。如在本文中所使用的，术语“电感”是指单相电压调节器系统中的一个相102的电感或者多相系统中的多个相102的等效电感。图1所示的电压调节器控制器100包括用于执行本文中所描述的输出滤波器响应测量和控制回路参数设置技术的参数设置单元106，以及用于存储由控制器100测量和使用的控制回路参数和遥测数据的存储器108。在一个实施方式中，控制器100是数字控制器，并且参数设置单元106的工作至少部分地经由控制器100内的固件来实现。根据该实施方式，控制器100被特别设计成实现本文中所描述的输出滤波器响应测量和控制回路参数设置技术。在其他实施方式中，参数设置单元106可以被实现为包括在控制器100中或者与控制器100相关联的专用电路。图2示出了如由参数设置单元106所实现的测量电压调节器系统的输出滤波器响应并且基于从所述测量得到的输出滤波器响应的模型来设置控制器100的一个或更多个控制回路参数的方法的实施方式。该方法包括：将一个或更多个已知接通时间(ton)和断开时间(toff)的脉冲(PWMx)施加至电压调节器系统(框200)，响应于一个或更多个已知接通时间和关断时间的脉冲，对电压调节器系统进行测量(框210)，基于所述测量来构建电压调节器系统的输出滤波器响应的模型(框220)，以及基于输出滤波器响应的模型来设置控制器100的一个或更多个控制回路参数(框230)。通过构建基于实际系统行为的输出滤波器响应的模型并且基于该行为的模型来设置控制器100的(一个或多个)控制回路参数，可以避开不稳定的工作区域。系统辨识使用统计方法根据所测量的数据来构建动态系统的数学模型，在这种情况下，电压调节器系统具有由输出电感(L)和电容(C)设置的输出滤波器响应。通过将一个或更多个已知接通时间(ton)和关断时间(toff)的脉冲施加至电压调节器系统并测量系统响应，可以使用统计方法根据所测量的数据来构建电压调节器系统的数学模型。在一些实施方式中，基于所述测量来计算输出滤波器响应的实际双极点频率。然而，不一定必须使用测量来计算极点位置。测量值与预期值之间的差异将电压调节器系统的传递函数通知给参数设置单元106，并且参数设置单元106可以使用该信息来构建系统的输出滤波器响应的模型。参数设置单元106可以根据不同类型的测量来推断输出滤波器响应的实际双极点频率。例如，控制器100可以在相对于施加至电压调节器系统的一个或更多个已知接通时间和关断时间的脉冲的特定时间点处进行一个或更多个电压测量。在另一实施方式中，控制器100在相对于施加至电压调节器系统的一个或更多个已知接通时间和关断时间的脉冲的特定时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配置用于具有由电感L和电容C设置的输出滤波器响应的电压调节器系统的控制器的方法，所述方法包括：将具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲施加至所述电压调节器系统；响应于所述具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲，对所述电压调节器系统进行测量；基于所述测量来构建所述电压调节器系统的输出滤波器响应的模型；以及基于所述输出滤波器响应的模型来设置所述控制器的一个或更多个控制回路参数。

【技术特征摘要】
2017.02.10 US 15/429,7711.一种配置用于具有由电感L和电容C设置的输出滤波器响应的电压调节器系统的控制器的方法，所述方法包括：将具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲施加至所述电压调节器系统；响应于所述具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲，对所述电压调节器系统进行测量；基于所述测量来构建所述电压调节器系统的输出滤波器响应的模型；以及基于所述输出滤波器响应的模型来设置所述控制器的一个或更多个控制回路参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述测量来构建所述电压调节器系统的输出滤波器响应的模型包括：基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率。3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率包括：结合一个或更多个电压、电流以及时间测量来计算所述双极点频率。4.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述输出滤波器响应的模型来设置所述控制器的一个或更多个控制回路参数包括：基于基准LC双极点频率来设置所述控制器的一个或更多个基准控制回路参数；以及根据基于所述测量而计算的所述输出滤波器响应的双极点频率来调整所述一个或更多个基准控制回路参数。5.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率包括：基于施加至所述电压调节器系统的具有已知接通时间和关断时间的脉冲的数量、所述一个或更多个脉冲的已知的接通时间和关断时间、所述电压调节器系统的输入电压、在将具有已知接通时间和关断时间的第一脉冲施加至所述电压调节器系统之前进行的第一输出电压测量、以及在将具有已知接通时间和关断时间的最后一个脉冲施加至所述电压调节器系统之后进行的第二输出电压测量，来计算LC值；以及基于所计算的LC值来计算所述电压调节器系统的双极点频率。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将具有已知接通时间和关断时间的单个脉冲施加至所述电压调节器系统，其中，在将所述具有已知接通时间和关断时间的单个脉冲施加至所述电压调节器系统之前进行所述第一输出电压测量，以及其中，在将所述具有已知接通时间和关断时间的单个脉冲施加至所述电压调节器系统之后进行所述第二输出电压测量。7.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于所述具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲，测量所述电压调节器系统的输出电压峰值至峰值持续时间，以及其中，基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率包括：基于所测量的输出电压峰值至峰值持续时间来计算所述双极点频率。8.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于所述具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲，测量所述电压调节器系统的输出电流过零点至过零点持续时间，以及其中，基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率包括：基于所测量的输出电流过零点至过零点持续时间来计算所述双极点频率。9.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于所述具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲，测量所述电压调节器系统的输出电压峰值至过零点持续时间，以及其中，基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率包括：基于所测量的输出电压峰值至过零点持续时间来计算所述双极点频率。10.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于所述具有已知接通时间和关断时间的一个或更多个脉冲，测量所述电压调节器系统的输出电流峰值至输出电压峰值持续时间，以及其中，基于所述测量来计算所述输出滤波器响应的双极点频率包括：基于所测量的输出电流峰值至输出电压峰值持续时间来计算所述双极点频率。11.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述输出滤波器响应的模型来设置所述控制器的一个或更多个控制回路参数包括：使用基于所述测量而计算的所述双极点频率作为所存储的控制器参数值的表中的查找值；以及选择所存储的控制器参数值中的与所述查找值最密切相关的一个或更多个控制器参数值，作为所述控制器的新的一个或更多个控制回路参数。12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制器是比例-积分-微分PID控制器，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：游志青，蒂姆·恩戈，本雅明·唐，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT