参数识别电路、方法及应用其的电源系统与流程

本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于电源系统参数识别电路及识别方法。

背景技术：

现有技术中，数字功率变换器的参数识别技术多在功率变换器开环工作的条件下，如图1所示，通过扰动信号的注入，采集电感电容与输出电压，通过一定的算法来获得数字调节器的模型参数。由于此类方法需使得功率变换器工作在开环状态，因此参数识别过程中，功率变换器不能输出稳定的可以满足后级负载所需的电压，故不符合实际的需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种参数识别方法，以解决现有技术中，在参数识别过程中，由于功率变换器工作在开环状态，功率变换器不能输出稳定的可以满足后级负载所需的电压的问题。

第一方面，提供一种参数识别电路，用于数字功率变换器中，所述数字功率变换器包括电感和电容，其特征在于，所述参数识别电路包括：

电感参数模块，接收所述电感的电感电流、所述电容的电容电压、启动过程中的占空比和预设电感电流，当所述电感电流上升到所述预设电感电流时，根据当前所述电容电压的积分值、所述启动过程中的占空比的积分值和所述预设电感电流，获取电感参数；

电容参数模块，接收所述电感电流、所述电容电压和预设电容电压，当所述电容电压上升到所述预设电容电压时，根据当前所述电感电流的积分值和所述预设电容电压，获取电容参数。

优选地，在所述数字功率变换器开始启动时，对所述电感电流、所述电容电压以及所述启动过程中的占空比进行积分。

优选地，将所述启动过程中的占空比的积分值和输入电压的乘积，与所述电容电压的积分值作差后，再除以所述预设电感电流，得到所述电感参数。

优选地，所述电感参数模块包括：

第一比较器，接收所述电感电流和所述预设电感电流，输出第一比较信号；

第一积分器，接收所述第一比较信号和所述启动过程中的占空比，并根据所述第一比较信号的电平高低对所述启动过程中的占空比进行积分运算；

第二积分器，接收所述第一比较信号和所述电容电压，并根据所述第一比较信号的电平高低对所述电容电压进行积分运算；

加法器，接收所述启动过程中的占空比的积分值和输入电压的乘积，与所述电容电压的积分值，并将其进行减法运算得到所述差值；

除法器，接收所述差值和所述预设电感电流，进行除法运算后得到所述电感参数。

优选地，将所述电感电流的积分值与所述预设电容电压的商作为所述电容参数。

优选地，所述电容参数模块包括：

第二比较器，接收所述电容电压和所述预设电容电压，输出第二比较信号；

第三积分器，接收所述第二比较信号和所述电感电流，并根据所述第二比较信号的电平高低对所述电感电流进行积分运算；

除法器，接收所述电感电流的积分值和所述预设电容电压，进行除法运算后得到所述电容参数。

第二方面，提供一种电源系统，包括：

功率级电路；

上述的参数识别电路；

数字调节器；

以及，参数计算电路，用以根据所述电感参数和所述电容参数，计算所述数字调节器的参数。

第三方面，提供一种参数识别方法，用于数字功率变换器中，所述数字功率变换器包括电感和电容，其特征在于，包括：

设置预设电感电流和预设电容电压；

获取所述电感的电感电流、所述电容的电容电压以及启动过程中的占空比；

当所述电感电流上升到所述预设电感电流时，根据当前所述电容电压的积分值、所述启动过程中的占空比的积分值和所述预设电感电流，获取电感参数；

当所述电容电压上升到所述预设电容电压时，根据所述电感电流的积分值和所述预设电容电压，获取电容参数。

优选地，将所述启动过程中的占空比的积分值和输入电压的乘积，与所述电容电压的积分值作差后，再除以所述预设电感电流，得到所述电感参数。

优选地，将所述电感电流的积分值与所述预设电容电压的商作为所述电容参数。

本发明的参数的识别方法，无需使得系统进入稳态，可以在系统启动的过程中完成电感电容参数的识别。也避免了现有技术中的信号注入法识别参数需要使得功率变换器工作在开环模式、无法提供符合后级电路所需要的输出电压的弊端。并且，本发明的参数的识别方法可以使得数字调节器在不同的电感电容参数下，自适应地生成参数，使系统满足设定的截止频率以及相位和幅值裕度的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术的数字功率变换器的结构框图；

图2为本发明的参数识别电路的电路结构图；

图3为本发明的参数识别电路的工作波形图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

数字控制功率变换器的出现，使得根据功率变换器的电感、电容的参数配置控制电路的参数成为可能，本发明提出一种无需添加扰动信号，并在启动的过程中，同时测量功率变换器电感参数和电容参数的方法。

图2为本发明的参数识别电路的电路结构图。如图2所示，本发明的参数识别电路应用于数字功率变换器中，数字功率变换器包括功率级电路和控制电路。在本实施例中，功率级电路以BUCK变换器为例，包括电感L、电容C以及开关管Q1和Q2。控制电路包括参数识别电路1、参数计算电路2以及数字调节器3。

其中，参数识别电路1，用于获取功率级电路中电感L的电感参数和电容C的电容参数，也即电感L的感值和电容C的容值；参数计算电路2用以根据电感参数和电容参数，计算出数字调节器3中模型的各个参数；数字调节器3用以根据参数计算电路2计算出的参数生成开关管Q1和Q2的控制信号Vg，使得功率变换器的输出电压满足要求。

如图2所示，参数识别电路1分为两个部分，分别是电感参数模块11和电容参数模块12。参数识别电路1根据电容电压，电感电流以及启动过程中的占空比，计算出电容容值C以及电感感值L，进而后级电路可以根据电容容值C以及电感感值L计算出功率变换器的共轭极点频率，这使得数字调节器可以在不同的电感电容参数下，自适应地生成参数，使系统满足设定的截止频率以及相位和幅值裕度的要求。

本发明基于下列式子中电感的计算方法来获取电感参数：

即提前设置一个预设电感电流Iref，预设电感电流Iref应小于功率变换器能承受的最大电流值。如图3所示，t0时刻，功率变换器开始软启动，此时，分别开始对电容电压Vc以及启动过程中的占空比D进行积分。t1时刻，当电感电流i_L达到预设电感电流Iref时，积分结束。然后，启动过程中的占空比的积分值乘以输入电压Vin后，减去电容电压的积分值的差值，再除以预设的电感电流Iref，便得到电感感值L。

基于此，电感参数模块11，用以接收电感的电感电流i_L、电容的电容电压Vc、启动过程中的占空比D和预设电感电流Iref，当电感电流i_L达到预设电感电流Iref时，根据当前电容电压的积分值、启动过程中的占空比的积分值和预设电感电流Iref，获取电感参数。由此，电感参数模块11包括：

第一比较器111，接收电感电流i_L和预设电感电流Iref，输出第一比较信号Vcmp1。需要说明的是，这里，电感电流i_L可以是真实的电感电流值，也可以是用于表征电感电流的采样值。在本实施例中，第一比较器111的同相输入端接收预设电感电流Iref，反相输入端接收电感电流i_L，当电感电流i_L还未达到预设电感电流Iref时，第一比较信号Vcmp1为高电平；当电感电流i_L达到预设电感电流Iref时，第一比较信号Vcmp1为低电平。

第一积分器112，接收第一比较信号Vcmp1和数字调节器3输出的启动过程中的占空比D，并在第一比较信号Vcmp1的电平为高电平时，也即当电感电流i_L还未达到预设电感电流Iref时，对启动过程中的占空比D进行积分运算，且在第一比较信号Vcmp1跳变为低电平时，输出启动过程中的占空比的积分值。这里，将启动过程中的占空比的积分值扩大输入电压Vin倍，故设有一增益电路116。

第二积分器113，接收第一比较信号Vcmp1和电容电压Vc，并在第一比较信号Vcmp1的电平为高电平时，也即当电感电流i_L还未达到预设电感电流Iref时，对电容电压Vc进行积分运算，且在第一比较信号Vcmp1跳变为低电平时，输出电容电压的积分值。

加法器114，接收启动过程中的占空比的积分值和输入电压的乘积，以及电容电压的积分值，将启动过程中的占空比的积分值和输入电压的乘积，与取反的电容电压的积分值进行相加，即得到两者的差值。

除法器115，接收启动过程中的占空比的积分值和输入电压的乘积，以及电容电压的积分值的差值和预设电感电流Iref，将两者进行除法运算后便得到电感参数L。

本发明基于下列式子中电容的计算方法来获取电容参数：

即提前设置一个预设电容电压Vref，预设电容电压Vref应当小于后级芯片的UVLO电压(欠压锁定电压)，此时后级可以认为空载。如图3所示，t0时刻，功率变换器开始软启动，此时，对电感电流i_L进行积分，当t2时刻，电容电压Vc达到预设电容电压Vref，积分结束。用电感电流的积分值除以预设电容电压Vref，得到电容容值C。

基于此，电容参数模块12，用以接收电感电流i_L、电容电压Vc和预设电容电压Vref，当电容电压Vc上升到预设电容电压Vref时，根据当前电感电流的积分值和预设电容电压Vref，获取电容参数C。电容参数模块12包括：

第二比较器121，接收电容电压Vc和预设电容电压Vref，输出第二比较信号Vcmp2。同理，这里，电容电压Vc可以是真实的电容电压值，也可以是用于表征电容电压的采样值。在本实施例中，第二比较器121的同相输入端接收预设电容电压Vref，反相输入端接收电容电压Vc，当电容电压Vc还未达到预设电容电压Vref时，第二比较信号Vcmp2为高电平；当电容电压Vc达到预设电容电压Vref时，第二比较信号Vcmp2为低电平。

第三积分器122，接收第二比较信号Vcmp2和电感电流i_L，并在第二比较信号Vcmp2的电平为高电平时，也即当电容电压Vc还未达到预设电容电压Vref时，对电感电流i_L进行积分运算，且在第二比较信号Vcmp2跳变为低电平时，输出电感电流的积分值。

除法器123，接收电感电流的积分值以及预设电容电压Vref，将两者进行除法运算后便得到电容参数C。

本发明的参数的识别方法，无需使得系统进入稳态，可以在系统启动的过程中完成电感电容参数的识别。也避免了现有技术中的信号注入法识别参数需要使得功率变换器工作在开环模式、无法提供符合后级电路所需要的输出电压的弊端。并且，本发明的参数的识别方法可以使得数字调节器在不同的电感电容参数下，自适应地生成参数，使系统满足设定的截止频率以及相位和幅值裕度的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。