一种基于能量控制的直流降压电源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于能量控制的直流降压电源，包括主电路和控制电路，主电路为BUCK电路；控制电路包括：信号处理电路、动态过程逻辑判断电路、稳态过程控制电路、突增动态过程控制电路、突减动态过程控制电路、第一非门电路、第一与门电路、第二与门电路、第一或门电路、第二非门电路、第二或门电路、第三或门电路、第三与门电路、隔离驱动电路、输入电压传感器、电感电流传感器、输出电压传感器和输出电流传感器；本发明专利技术控制器中无需进行P、I参数设计，解决了传统PI控制器参数选取对性能影响较大的问题。以能量作为控制依据，负载变化时主电路各个环节的能量会自动跟随改变，因此控制器适应能力强。

A DC step-down power supply based on energy control

The invention discloses a DC step-down power supply based on energy control, including a main circuit and a control circuit, the main circuit is a buck circuit; the control circuit includes a signal processing circuit, a dynamic process logic judgment circuit, a steady-state process control circuit, a sudden increase dynamic process control circuit, a sudden decrease dynamic process control circuit, a first non gate circuit, a first and gate circuit, and a second and gate circuit Circuit, first or gate circuit, second non gate circuit, second or gate circuit, third or gate circuit, third and gate circuit, isolated drive circuit, input voltage sensor, inductive current sensor, output voltage sensor and output current sensor are not needed in the controller of the invention, which solves the problem that the parameter selection of traditional PI controller has a great impact on performance \u3002 With energy as the control basis, when the load changes, the energy of each link of the main circuit will automatically follow the change, so the controller has strong adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量控制的直流降压电源
本专利技术涉及一种直流降压电源，特别是一种通过能量计算来实现电路控制的直流降压电源，属于直流电源

技术介绍
对于直流电源的控制问题，传统的控制方法比如双闭环PI控制策略，由于PI参数的设计基于系统的频率特性，对于一定的频率范围或者电路负载情况可以取得较好的控制效果，但是当系统频率发生变化、稳态工作点剧烈变化或大范围波动时，系统的起动过程和动态过程往往存在超调或较长的调节过程，需要重新整定控制参数。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种无需进行P、I参数设计，动态性能优异的基于能量控制的直流降压电源。为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于能量控制的直流降压电源，包括主电路和控制电路，主电路为BUCK电路；控制电路包括：信号处理电路1、动态过程逻辑判断电路2、稳态过程控制电路3、突增动态过程控制电路4、突减动态过程控制电路5、第一非门电路6、第一与门电路7、第二与门电路8、第一或门电路9、第二非门电路10、第二或门电路11、第三或门电路12、第三与门电路13、隔离驱动电路14、输入电压传感器C1、电感电流传感器C2、输出电压传感器C3和输出电流传感器C4；输入电压传感器C1并联在主电路的输入端，对主电路的输入电压进行检测，输入电压传感器C1的输出端接至信号处理电路1的对应输入端；电感电流传感器C2与主电路中的滤波电感L串联，对滤波电感L的电流进行检测，电感电流传感器C2的输出端接至信号处理电路1的对应输入端；输出电压传感器C3并联在主电路中的滤波电容C的两端，对主电路的输出电压进行检测，输出电压传感器C3的输出端接至信号处理电路1的对应输入端；输出电流传感器C4串联在主电路的正极性输出端，对主电路的输出电流进行检测，输出电流传感器C4的输出端接至信号处理电路1的对应输入端；外部提供的输出电压给定信号与信号处理电路1的对应输入端连接，信号处理电路1的输出端通过数据总线分别与动态过程逻辑判断电路2、稳态过程控制电路3、突增动态过程控制电路4、突减动态过程控制电路5的对应输入端连接；动态过程逻辑判断电路2的第一信号输出端分别和第二非门电路10、第二或门电路11、突增动态过程控制电路4、突减动态过程控制电路5的对应输入端连接，动态过程逻辑判断电路2的第二信号输出端分别和第一非门电路6、第一与门电路7的对应输入端连接；稳态过程控制电路3的输出端和第二或门电路11的对应输入端连接；突增动态过程控制电路4的输出端和第一与门电路7的对应输入端连接；突减动态过程控制电路5的输出端和第二与门电路8的对应输入端连接；第一非门电路6的输出端和第二与门电路8的对应输入端连接；第一与门电路7的输出端和第一或门电路9的对应输入端连接；第二与门电路8的输出端和第一或门电路9的对应输入端连接；第一或门电路9的输出端和第三或门电路12的对应输入端连接；第二非门电路10的输出端和第三或门电路12的对应输入端连接；第二或门电路11的输出端和第三与门电路13的对应输入端连接；第三或门电路12的输出端和第三与门电路13的对应输入端连接；第三与门电路13的输出端和隔离驱动电路14的对应输入端连接；隔离驱动电路14的输出端和主电路的电力电子开关器件VT的控制端连接。本专利技术还包括：1.动态过程逻辑判断电路2包括：第一比较电路15、第二比较电路16、第三比较电路17、第四比较电路18和逻辑判断与锁存电路19；第一比较电路15的正极性输入端P与输出电压给定信号Uref端连接，第一比较电路15负极性输入端N与输出电压信号uout端连接，第一比较电路15的输出端连接至逻辑判断与锁存电路19的对应输入端；第二比较电路16的正极性输入端P与输出电压信号uout端连接，第二比较电路16的负极性输入端N与输出电压给定信号Uref端连接，第二比较电路16的输出端连接至逻辑判断与锁存电路19的对应输入端；第三比较电路17的正极性输入端P与电感电流信号iL端连接，第三比较电路17的负极性输入端N与输出电流信号iout端连接，第三比较电路17的输出端连接至逻辑判断与锁存电路19的对应输入端；第四比较电路18的正极性输入端P与输出电流信号iout端连接，第四比较电路18的负极性输入端N与电感电流信号iL端连接，第四比较电路18的输出端连接至逻辑判断与锁存电路19的对应输入端；逻辑判断与锁存电路19的第一信号输出端和第二信号输出端即为动态过程逻辑判断电路2的第一信号输出端和第二信号输出端。2.稳态过程控制电路3为电压、电流双闭环PI控制电路，输出PWM控制信号。3.突增动态过程控制电路4包括：预期电感释放能量计算电路20、预期电容吸收能量计算电路21、预期负载消耗能量计算电路22、第一减法电路23、第五比较电路24、第一锁存电路25、第三非门电路26；预期电感释放能量计算电路20、预期电容吸收能量计算电路21、预期负载消耗能量计算电路22的输入端分别通过数据总线与信号处理电路1的输出端连接，预期电感释放能量计算电路20、预期电容吸收能量计算电路21、预期负载消耗能量计算电路22的输出端均连接至第一减法电路23的对应输入端；第一减法电路23的输出端连接至第五比较电路24的对应输入端；第五比较电路24的另一个输入端与零电位信号连接，第五比较电路24的输出端连接至第一锁存电路25的对应输入端；第三非门电路26的输入端连接至动态过程逻辑判断电路2的A1信号的输出端，第三非门电路26的输出端连接至第一锁存电路25的复位信号端RS1；第一锁存电路25的输出端即为突增动态过程控制电路4的输出端。4.突减动态过程控制电路5包括预期输入能量计算电路27、预期电感吸收能量计算电路28、预期电容吸收能量计算电路29、预期负载消耗能量计算电路30、第二减法电路31、第六比较电路32、第二锁存电路33、第四非门电路34；预期输入能量计算电路27、预期电感吸收能量计算电路28、预期电容吸收能量计算电路29和预期负载消耗能量计算电路30的输入端分别通过数据总线与信号处理电路1的输出端连接，预期输入能量计算电路27、预期电感吸收能量计算电路28、预期电容吸收能量计算电路29和预期负载消耗能量计算电路30的输出端分别连接至第二减法电路31的对应输入端；第二减法电路31的输出端连接至第六比较电路32的对应输入端；第六比较电路32的另一个输入端与零电位信号连接，第六比较电路32的输出端连接至第二锁存电路33的对应输入端；第四非门电路34的输入端连接至动态过程逻辑判断电路2的A1信号的输出端，第四非门电路34输出端连接至第二锁存电路33的复位信号端RS2；第二锁存电路33的输出端即为突减动态过程控制电路5的输出端。本专利技术的有益效果：针对双闭环PI控制等传统控制方法所控制的直流电源无法达到理想动态性能这一问题，本专利技术通过分析直流电源动态过程中的能量关系，设计了动态过程控制方法及具体控制电路，同时通过相应的逻辑电路实现动态与稳态过程的控制方法切换。1.根据主电路运行工况的不同，分别采取三种不同的控制方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量控制的直流降压电源，包括主电路和控制电路，其特征在于：主电路为BUCK电路；/n控制电路包括：信号处理电路(1)、动态过程逻辑判断电路(2)、稳态过程控制电路(3)、突增动态过程控制电路(4)、突减动态过程控制电路(5)、第一非门电路(6)、第一与门电路(7)、第二与门电路(8)、第一或门电路(9)、第二非门电路(10)、第二或门电路(11)、第三或门电路(12)、第三与门电路(13)、隔离驱动电路(14)、输入电压传感器(C1)、电感电流传感器(C2)、输出电压传感器(C3)和输出电流传感器(C4)；/n输入电压传感器C1并联在主电路的输入端，对主电路的输入电压进行检测，输入电压传感器C1的输出端接至信号处理电路(1)的对应输入端；电感电流传感器C2与主电路中的滤波电感L串联，对滤波电感L的电流进行检测，电感电流传感器C2的输出端接至信号处理电路(1)的对应输入端；输出电压传感器C3并联在主电路中的滤波电容C的两端，对主电路的输出电压进行检测，输出电压传感器C3的输出端接至信号处理电路1的对应输入端；输出电流传感器C4串联在主电路的正极性输出端，对主电路的输出电流进行检测，输出电流传感器C4的输出端接至信号处理电路(1)的对应输入端；外部提供的输出电压给定信号与信号处理电路(1)的对应输入端连接，信号处理电路(1)的输出端通过数据总线分别与动态过程逻辑判断电路(2)、稳态过程控制电路(3)、突增动态过程控制电路(4)、突减动态过程控制电路(5)的对应输入端连接；动态过程逻辑判断电路(2)的第一信号输出端分别和第二非门电路(10)、第二或门电路(11)、突增动态过程控制电路(4)、突减动态过程控制电路(5)的对应输入端连接，动态过程逻辑判断电路(2)的第二信号输出端分别和第一非门电路(6)、第一与门电路(7)的对应输入端连接；稳态过程控制电路(3)的输出端和第二或门电路(11)的对应输入端连接；突增动态过程控制电路(4)的输出端和第一与门电路(7)的对应输入端连接；突减动态过程控制电路(5)的输出端和第二与门电路(8)的对应输入端连接；第一非门电路(6)的输出端和第二与门电路(8)的对应输入端连接；第一与门电路(7)的输出端和第一或门电路(9)的对应输入端连接；第二与门电路(8)的输出端和第一或门电路(9)的对应输入端连接；第一或门电路(9)的输出端和第三或门电路(12)的对应输入端连接；第二非门电路(10)的输出端和第三或门电路(12)的对应输入端连接；第二或门电路(11)的输出端和第三与门电路(13)的对应输入端连接；第三或门电路(12)的输出端和第三与门电路(13)的对应输入端连接；第三与门电路(13)的输出端和隔离驱动电路(14)的对应输入端连接；隔离驱动电路(14)的输出端和主电路的电力电子开关器件VT的控制端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于能量控制的直流降压电源，包括主电路和控制电路，其特征在于：主电路为BUCK电路；
控制电路包括：信号处理电路(1)、动态过程逻辑判断电路(2)、稳态过程控制电路(3)、突增动态过程控制电路(4)、突减动态过程控制电路(5)、第一非门电路(6)、第一与门电路(7)、第二与门电路(8)、第一或门电路(9)、第二非门电路(10)、第二或门电路(11)、第三或门电路(12)、第三与门电路(13)、隔离驱动电路(14)、输入电压传感器(C1)、电感电流传感器(C2)、输出电压传感器(C3)和输出电流传感器(C4)；
输入电压传感器C1并联在主电路的输入端，对主电路的输入电压进行检测，输入电压传感器C1的输出端接至信号处理电路(1)的对应输入端；电感电流传感器C2与主电路中的滤波电感L串联，对滤波电感L的电流进行检测，电感电流传感器C2的输出端接至信号处理电路(1)的对应输入端；输出电压传感器C3并联在主电路中的滤波电容C的两端，对主电路的输出电压进行检测，输出电压传感器C3的输出端接至信号处理电路1的对应输入端；输出电流传感器C4串联在主电路的正极性输出端，对主电路的输出电流进行检测，输出电流传感器C4的输出端接至信号处理电路(1)的对应输入端；外部提供的输出电压给定信号与信号处理电路(1)的对应输入端连接，信号处理电路(1)的输出端通过数据总线分别与动态过程逻辑判断电路(2)、稳态过程控制电路(3)、突增动态过程控制电路(4)、突减动态过程控制电路(5)的对应输入端连接；动态过程逻辑判断电路(2)的第一信号输出端分别和第二非门电路(10)、第二或门电路(11)、突增动态过程控制电路(4)、突减动态过程控制电路(5)的对应输入端连接，动态过程逻辑判断电路(2)的第二信号输出端分别和第一非门电路(6)、第一与门电路(7)的对应输入端连接；稳态过程控制电路(3)的输出端和第二或门电路(11)的对应输入端连接；突增动态过程控制电路(4)的输出端和第一与门电路(7)的对应输入端连接；突减动态过程控制电路(5)的输出端和第二与门电路(8)的对应输入端连接；第一非门电路(6)的输出端和第二与门电路(8)的对应输入端连接；第一与门电路(7)的输出端和第一或门电路(9)的对应输入端连接；第二与门电路(8)的输出端和第一或门电路(9)的对应输入端连接；第一或门电路(9)的输出端和第三或门电路(12)的对应输入端连接；第二非门电路(10)的输出端和第三或门电路(12)的对应输入端连接；第二或门电路(11)的输出端和第三与门电路(13)的对应输入端连接；第三或门电路(12)的输出端和第三与门电路(13)的对应输入端连接；第三与门电路(13)的输出端和隔离驱动电路(14)的对应输入端连接；隔离驱动电路(14)的输出端和主电路的电力电子开关器件VT的控制端连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于能量控制的直流降压电源，其特征在于：所述动态过程逻辑判断电路(2)包括：第一比较电路(15)、第二比较电路(16)、第三比较电路(17)、第四比较电路(18)和逻辑判断与锁存电路(19)；
第一比较电路(15)的正极性输入端P与输出电压给定信号Uref端连接，第一比较电路(15)负极性输入端N与输出电压信号uout端连接，第一比较电路(15)的输出端连接至逻辑判断与锁存电路(19)的对应输入端；第二比较电路(16)的正极性输入端P与输出电压信号uout端连接，第二比较电路(16)的负极性输入端N与输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，武保成，王禹霖，宋世豪，李鸿凯，李梦滢，年强，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23