明还涉及一种用于根据控制律控制功率变换器的功率级的方法，该控制律实现特定类型的补偿器。该方法包括:提供被预先设计成针对功率级的组件的默认参数值产生默认功率变换器的目标响应的控制律;针对功率级的组件的实际参数值确定实际响应；以及针对功率级的组件的实际参数值改变控制律，使得通过对实际响应进行滤波以产生经滤波的实际响应，并且对经滤波的实际响应与延迟的实际响应的乘积进行积分来确定实际响应与目标响应之间的匹配程度，使得实际响应与目标响应相匹配。
【附图说明】
[0044]将对附图进行参考，其中
[0045]图1示出了负载阶跃响应；以及
[0046]图2示出了负载阶跃响应表征系统；以及
[0047]图3示出了当a= 0.5时的矢量u(目标响应)；以及
[0048]图4示出了当a= 0.5时的矢量y;以及
[0049]图5示出了当a= 0.2时的矢量u;以及
[0050]图6示出了当a= 0.2时的矢量y;以及
[0051]图7示出了当a= 0.8时的矢量u;以及；
[°°52]图8示出了当a = 0.8时的矢量y;以及；
[0053]图9示出了当a = _0.5时的矢量u;以及；
[°°54]图10示出了当a = _0.5时的矢量y;以及；
[0055]图11示出了从二阶脉冲响应得到的矢量u;以及；
[0056]图12示出了从二阶脉冲响应得到的矢量y;以及；
[0057]图13示出了可自动调谐的补偿器；以及
[0058]图14示出了降压变换器的输出电压和感应电流，其中在4.0ms时启动表征，导致此后改进的负载阶跃响应。
【具体实施方式】
[°°59]负载阶跃响应(load-step response)是DC-DC变换器的非常重要的动态特性，但是该响应依赖于变换器的环路增益/相位和开环输出阻抗两者。虽然环路增益/相位改变闭环输出阻抗，但是具有相似的环路特性的变换器可以具有不同的负载阶跃响应。因此，与表征环路带宽/相位裕度的方法相比，基于表征负载阶跃响应的形状的方法是有利的。
[0060]为了表征负载阶跃响应，有必要具有表示期望的响应的目标负载阶跃响应。与目标负载阶跃响应相比，表征方法识别负载阶跃响应的显著特征。注意，该响应的幅度例如随着负载阶跃幅度和边缘速率(edge-rate)而改变，涉及该响应与目标响应之间的差异的某一函数(即，减法)的方法将会是有问题的。参照图1，目标负载阶跃(a)表示期望的的响应的特性;为了比较，示出了欠阻尼(b)响应和过阻尼(c)响应。
[0061]如图2所示，为了表征负载阶跃响应以及量化与目标响应匹配得如何，负载阶跃响应(u)被施加于滤波器21。
[0062]经滤波的实际负载阶跃响应被乘以实际的负载阶跃响应(见级23)，并且通过积分器24进行积分，以便确定实际负载阶跃响应与目标负载阶跃响应之间的匹配程度。
[0063]需要延迟22来从滤波器移除第一样本。滤波器可以被设计为目标负载阶跃响应的逆滤波器，使得与目标响应完全匹配的实际负载阶跃响应导致来自滤波器的零输出(忽略第一样本)，并且因此，经滤波的实际负载阶跃响应和原始的实际负载阶跃响应的乘积的积分为零。
[0064]例如，考虑由矢量u(图3)表示的目标负载阶跃响应(其中，u=[1，a，a2，a3，...,an])被施加于脉冲响应为矢量h的滤波器，其中，h=[l，_a]。从滤波器产生的信号为矢量y(图 4)，其中，y = u.h。并且因此，y=[l，a-a，a2-a2，a3_a3，...，an_an]，其被简化为y = [ 1，0，0，0，...，0]。假设零值信号是先验的，则将1!延迟一个样本产生1!’，其中，11’=[0，1，&，&2，a3，...，an]，并且因此，乘积的积分的结果为v，其中，v = u’.y = 0o
[0065]现在，考虑11=[1，13，132，133，...，1311]被施加于脉冲响应为矢量11的滤波器，其中，11=[1，-a]。从滤波器得到的信号为y= [1，b-a，b2-ab，b3-ab2，...，bn_abn—工]。当b>a时，矢量y被简化为正值的矢量(忽略第一个值)，并且因此，乘积的积分的结果为正(图7、图8)。当13<a时，矢量y被简化为负值的矢量(忽略第一个值)，并且因此，乘积的积分的结果为负(图5、图6)。
[0066]参数‘a’的负值为振荡响应(图9)建模，这导致矢量y(图10)(其乘积的积分(忽略第一个值))为负。
[0067]因此，清楚的是，所提出的表征系统产生了幅度和符号为实际响应和目标响应之间的匹配的测度的值，其中针对与目标响应的完全匹配为零结果值、当‘a’大于期望值时为正结果值、当‘a’小于期望值或是负数时为负结果。
[0068]为了说明的清楚起见，已经考虑了简单的两抽头(一阶)FIR滤波器，但是显然可以采用更高阶的FIR滤波器或IIR滤波器来表征更高阶的目标响应。例如，在图11中示出了与滤波器的脉冲响应相等的目标响应矢量，该滤波器的传递函数为(1-0.lz—O/a-lJz—1—
0.36z—2)。图12示出了这由传递函数为(1-1.3^+0.36^)/(1-0.12+1)的二阶IIR滤波器正确地表征。
[0069]如图13所示，图2的表征系统的输出可以被用于调整PID补偿器，其中，补偿器块133是DC-DC变换器的组件，并且按比例调节块132将表征块131连接至补偿器。通过调整值w调整补偿器133。
[0070]按比例调节块132可以适当地为:
[0071]i)线性时间不变增益；
[0072]ii)响应于表征的信号(u)的幅度的增益，例如K/|u| (其中|u|表示u的2-范数)或其它适合的函数。(ii)的优点在于如果从表征块得到的信号从很小的输入信号u得到，则从表征块得到的信号被放大得较大。因此，它表示与如果从大输入信号u获得相同的信号相比，对补偿器的调整的需求更大。
[0073]图14示出了降压变换器的输出电压和电感电流，其中在4.0ms时启动表征，导致此后改进的负载阶跃响应。根据需要，调整值w也被示出以表征在仅一个负载阶跃脉冲之后立即导致改进的补偿器调谐的脉冲。
[0074]由于表征如上所述地针对负载阶跃脉实施，很明显该方法可以利用非线性补偿器操作，例如其中，根据在特定时刻的系统状态来激活不同的补偿器，并且还与非线性DPWM重启技术兼容。
[0075]在表征之后，调整值w可以被存储在NVM中以当变换器在掉电之后下一次加电时被应用。另外，调整值等可以通过通信总线串行或并行地传达，以提供关于响应的表征的信息，该信息在终端电力系统的设计和质量控制中将会是有用的。例如，如果观察到自先前的表征之后值已经改变或与所期望的值截然不同，那么因此可以提醒用户相应地采取行动(例如针对迫近的组件故障)。
[0076]很明显这种以及其它组合将是非常有益的。
【主权项】
1.一种控制器，所述控制器用于根据控制律来控制功率变换器的功率级，所述控制律实现特定类型的补偿器，并且被预先设计成针对所述功率级的组件的默认参数值产生默认功率变换器的目标响应； 所述控制器还被配置成针对所述功率级的所述组件的实际参数值确定实际响应； 所述控制器还被配置成通过对所述实际响应进行滤波以产生经滤波的实际响应，并且将所述经滤波的实际响应与延迟的实际响应的乘积进行积分来确定所述实际响应与所述目标响应之间的匹配程度，针对所述功率级的所述组件的所述实际参数值改变所述控制律，使得所述实际响应与所述目标响应相匹配。2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述延迟的实际响应被延迟一个样本。3.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，用于对所述实际响应进行滤波的滤波器包括所述目标响应的逆滤波器，使得与所述目标响应完全匹配的实际响应导致除了所述经滤波的实际响应的第一样本之外从所述滤波器的零输出。4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器，其中，所述控制器被配置成按比例调节所述实际响应与所述目标响应之间的匹配程度，以改变所述控制律。5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述控制器被配置成按照线性时间不变增益来按比例调节所述匹配程度。6.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述控制器被配置成按照取决于所述实际响应的所述幅度的增益来按比例调节所述匹配程度。7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述控制器被配置成按照被除以所述实际响应的2-范数的常数来按比例调节所述匹配程度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制器，所述控制器还被配置成通过选择多种类型的补偿器中的另一类型的补偿器并且针对所述功率变换器的所述组件的实际参数值改变实现所述另一类型的补偿器的所述控制律来改变所述控制律，使得与所述默认功率变换器相对应的所述另一类型的补偿器的所述目标响应与所述实际响应相匹配。9.根据权利要求8所述的控制器，所述控制器还被配置成优化所述多种类型的补偿器中的一种类型的补偿器以及相应的控制律。10.—种功率变换器，所述功率变换器包括根据权利要求9所述的控制器，所述功率变换器包括用于存储所述多种类型的补偿器的非易失性存储器。11.一种根据控制律来控制功率变换器的功率级的方法，所述控制律实现特定类型的补偿器，所述方法包括: 提供所述控制律，所述控制律被预先设计成针对所述功率级的组件的默认参数值的默认功率变换器产生目标响应； 针对所述功率级的所述组件的实际参数值确定实际响应；以及 通过对所述实际响应进行滤波以产生经滤波的实际响应，并且将所述经滤波的实际响应与延迟的实际响应的乘积进行积分来确定所述实际响应与所述目标响应之间的匹配程度，针对所述功率级的所述组件的所述实际参数值改变所述控制律，使得所述实际响应与所述目标响应相匹配。12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括: 将所述实际响应延迟一个样本。13.根据权利要求11或21所述的方法，其中，对所述实际负载阶跃响应进行滤波包括:使用所述目标响应的逆滤波器，使得与所述目标响应完全匹配的实际响应导致除了所述经滤波的实际响应之外的来自所述滤波器的零输出。14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，改变所述控制律包括: 选择多种类型的补偿器中的另一种类型的补偿器；以及 针对所述功率级的所述组件的实际参数值改变实现其它类型的补偿器的所述控制律，使得所述实际响应与其它类型的补偿器的所述目标响应相匹配。15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括: 优化所述多种类型的补偿器中的一种类型的补偿器以及相应的控制律。
【专利摘要】本发明涉及一种用于根据控制律来控制功率变换器的功率级的控制器，该控制律实现特定类型的补偿器，并被预先设计成针对功率级的组件的默认参数值产生默认功率变换器的目标响应。该控制器还被配置成针对功率级的组件的实际参数值确定实际响应，并针对功率级的组件的实际参数值改变控制律，以使得实际响应与目标响应相匹配。控制器通过对实际响应进行滤波以产生经滤波的实际响应并将经滤波的实际响应与延迟的实际响应的乘积进行积分来确定实际响应和目标响应之间的匹配程度。
【IPC分类】H02M3/156
【公开号】CN105493389
【申请号】CN201480044122
【发明人】A·凯利
【申请人】微电子中心德累斯顿有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月11日
【公告号】CN105518985A, EP3033826A1, EP3033827A1, US20160156262, US20160164396, WO2015022289A1, WO2015022291A1