一种适用于宽输出的电源环路控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种适用于宽输出的电源环路控制方法及其系统，所述电源环路控制方法包括以下步骤：步骤S1，计算参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数；步骤S2，通过环路控制确定参考模型环路的传递函数的表达式；步骤S3，调节电压环与参考模型环路在产生最终控制信号之间的权重；步骤S4，在所述电压环内部增加所述参考模型环路进而实现电源环路控制，其中，所述参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出及基准。本发明专利技术新增了一个参考模型环路，该参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出以及基准，该参考模型环路的输出信号与电压环的输出信号将按照一定比例共同决定电源环路控制的脉宽调制，能够很好地提高环路控制的稳定性。

A power loop control method and system for wide output

【技术实现步骤摘要】
一种适用于宽输出的电源环路控制方法及其系统
本专利技术涉及一种电源环路控制方法，尤其涉及一种适用于宽输出的电源环路控制方法，并涉及采用了该适用于宽输出的电源环路控制方法的电源环路控制系统。
技术介绍
对于功率变换器而言，当输入电压固定输出电压大幅变化时，比如165V-240V之间的输出电压波动输出，则成为宽电压范围输出，简称宽输出，将导致变换器控制与输出电压之间的传递函数随之改变。若采用传统的电压型控制器，控制信号与输出电压之间的传递函数Gvd(s)的变化将直接反应至变换器稳定性的电压环传递函数Tv_VMC(s)中，通常输出电压由低至高时，控制信号与输出电压之间的传递函数Gvd(s)的带宽也将逐渐升高，因此，容易导致电压环传递函数Tv_VMC(s)的穿越频率变化范围过大，且在高穿越频率处将会因相位裕度不足而引发稳定性等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是需要提供一种能够提高环路控制稳定性的适用于宽输出的电源环路控制方法，并涉及采用了该适用于宽输出的电源环路控制方法的电源环路控制系统。对此，本专利技术提供一种适用于宽输出的电源环路控制方法，包括以下步骤：步骤S1，计算参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数；步骤S2，通过环路控制确定参考模型环路的传递函数的表达式；步骤S3，调节电压环与参考模型环路在产生最终控制信号之间的权重；步骤S4，在所述电压环内部增加所述参考模型环路进而实现电源环路控制，其中，所述参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出及基准。<br>本专利技术的进一步改进在于，所述步骤S1中，通过公式计算所述参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数Gref(s)，其中，fref_p为参考模型环路中主导极点的表达式，s为传递函数的变量。本专利技术的进一步改进在于，通过公式计算所述参考模型环路中主导极点的表达式fref_p，其中，L和C分别为参考模型环路的滤波电感及输出滤波电容，RL为负载电阻，Ts为开关周期，D为开关管开通时间的占空比。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤S2中，通过公式Tm(s)＝HvGref(s)Gm(s)(1-β)确定参考模型环路的传递函数的表达式Tm(s)，用于分析该环路的稳定性，其中，Hv为所述电压环的输出电压采样系数，Gm(s)为所述参考模型环路补偿器的传递函数，β为所述电压环的控制输出系数。本专利技术的进一步改进在于，步骤S3中，通过所述电压环的控制输出系数β来调节电压环与参考模型环路在产生最终控制信号之间的权重。本专利技术的进一步改进在于，所述电压环的控制输出系数β的取值范围为0.5～0.8。本专利技术的进一步改进在于，所述参考模型环路的环路控制中，电压环的环路控制器传递函数Gv(s)的输出值输入至所述控制信号与输出电压之间的传递函数Gref(s)中，然后通过输出电压采样系数Hv的调节之后输入至参考模型环路乘法器，所述参考模型环路乘法器的输出输入至所述参考模型环路补偿器的传递函数Gm(s)，最后通过系数1-β的调节后输入至电压环乘法器中。本专利技术的进一步改进在于，所述电压环的环路控制中，所述电压环的环路控制器传递函数Gv(s)通过所述电压环的控制输出系数β调节后的结果，与所述参考模型环路补偿器的传递函数Gm(s)通过系数1-β调节后的结果输入至所述电压环乘法器，然后在进行脉宽调制之后，输入至控制信号与输出电压之间的传递函数Gvd(s)中，实现电压输出。本专利技术的进一步改进在于，所述参考模型环路的相位裕度大于45°，增益裕度大于10dB。本专利技术还提供一种适用于宽输出的电源环路控制系统，采用了如上所述的适用于宽输出的电源环路控制方法，并包括电压环控制电路和参考模型环路控制电路，所述电压环控制电路与所述参考模型环路控制电路相连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：在现有的电压环内部新增了一个参考模型环路，该参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出以及基准，该参考模型环路的输出信号与电压环的输出信号将按照一定比例共同决定电源环路控制的脉宽调制，进而，能够很好地提高环路控制的稳定性，有效避免了因为相位裕度不足而引发稳定性等问题。附图说明图1是本专利技术一种实施例的工作流程结构示意图；图2是本专利技术一种实施例的电源环路控制原理框图；图3是现有技术中的电源环路控制原理框图；图4是本专利技术一种实施例的电压环控制电路的电路原理图；图5是本专利技术一种实施例的参考模型环路控制电路的电路原理图；图6是现有技术在输出电压宽范围变化时的稳定性仿真测试图；图7是本专利技术一种实施例在输出电压宽范围变化时的稳定性仿真测试图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明。如图1和图2所示，本例提供一种适用于宽输出的电源环路控制方法，包括以下步骤：步骤S1，计算参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数；步骤S2，通过环路控制确定参考模型环路的传递函数的表达式；步骤S3，调节电压环与参考模型环路在产生最终控制信号之间的权重；步骤S4，在所述电压环内部增加所述参考模型环路进而实现电源环路控制，其中，所述参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出及基准。现有技术中，采用传统的电压型控制器，其控制框图如图3所示，用于评估变换器稳定性的电压环传递函数Tv_VMC(s)可表示为Tv_VMC(s)＝HvFmGvd(s)Gv(s)，由该公式可知，控制信号与输出电压之间的传递函数Gvd(s)的变化将直接反应在电压环传递函数Tv_VMC(s)中。通常输出电压由低至高时，控制信号与输出电压之间的传递函数Gvd(s)的带宽也将逐渐升高，因此，容易导致电压环传递函数Tv_VMC(s)的穿越频率变化范围过大，且在高穿越频率处因相位裕度不足而引发稳定性等问题。公式以及图3中，Gv(s)为电压环路控制器传递函数；Fm为脉宽调制传递函数；Hv为输出电压采样系数；Zo(s)为负载电流与输出电压之间的传递函数；Gvovi(s)为输入电压与输出电压之间的传递函数；Gvd(s)为整个电源环路控制系统(变换器)的控制信号与输出电压之间的传递函数。本例在传统的电压型环路控制方式上加以改进，引入参考模型环路的设计理念，其控制方式的框图如图2所示。本例所述参考模型环路中的Gref(s)用于模拟变换器的频率特性，将整个电源环路控制系统(变换器)的控制信号与输出电压之间的传递函数Gvd(s)可简化为一个单极点的一阶传递函数，那么，所述步骤S1中，通过公式计算所述参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数Gref(s)，其中，fref_p为参考模型环路中主导极点的表达式，s为传递函数的自变量。本例以工作在电感电流断续模式下的Buck变换器为例，通过公式计算所述参考模型环路中主导极点的表达式fref_p，其中，L和C分别为所述参考模型环路的滤波电感及输出滤波电容，所述参考模型环路也称参考模型环路变换器；RL为负载电阻，Ts为开关周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于宽输出的电源环路控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，计算参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数；/n步骤S2，通过环路控制确定参考模型环路的传递函数的表达式；/n步骤S3，调节电压环与参考模型环路在产生最终控制信号之间的权重；/n步骤S4，在所述电压环内部增加所述参考模型环路进而实现电源环路控制，其中，所述参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出及基准。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于宽输出的电源环路控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，计算参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数；
步骤S2，通过环路控制确定参考模型环路的传递函数的表达式；
步骤S3，调节电压环与参考模型环路在产生最终控制信号之间的权重；
步骤S4，在所述电压环内部增加所述参考模型环路进而实现电源环路控制，其中，所述参考模型环路的输入信号来自于电压环的输出及基准。


2.根据权利要求1所述的适用于宽输出的电源环路控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过公式计算所述参考模型环路的控制信号与输出电压之间的传递函数Gref(s)，其中，fref_p为参考模型环路中主导极点的表达式，s为传递函数中的变量。


3.根据权利要求2所述的适用于宽输出的电源环路控制方法，其特征在于，通过公式计算所述参考模型环路中主导极点的表达式fref_p，其中，L和C分别为参考模型环路的滤波电感及输出滤波电容，RL为负载电阻，Ts为开关周期，D为开关管开通时间的占空比。


4.根据权利要求2所述的适用于宽输出的电源环路控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过公式Tref_MFVMC(s)＝HvGref(s)Gm(s)(1-β)确定参考模型环路的传递函数的表达式Tref_MFVMC(s)，其中，Hv为所述电压环的输出电压采样系数，Gm(s)为所述参考模型环路补偿器的传递函数，β为所述电压环的控制输出系数。


5.根据权利要求4所述的适用于宽输出的电源环路控制方法，其特征在于，步骤S3中，通过所述电压环的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贺，张迪，施凯敏，付明，朱洪雨，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，深圳市航天新源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44