本发明涉及电子电路
技术领域：
，具体涉及一种交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制方法和装置。
背景技术：
：DC/DC转换器广泛应用于变电站自动化系统的电路中，它是开关电源芯片，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。开关电源具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，然而随着开关电源的快速发展，对开关电源的输出电压精度要求和动态性能逐渐提高。如何提高开关电源输出电压的精准度成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。技术实现要素：有鉴于此，本发明实施例提供一种交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制方法和装置，以提高开关电源输出电压的精准度。为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制方法，包括：获取交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和获取基准信号；判断交错并联磁集成DC/DC变换器的稳态震荡是否达到预设的极限值，如果是，生成对应的临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit；基于所述临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit依据预设的映射表计算得到PID控制器中的参数：比例控制增益KP和积分时间常数Ti；依据所述KP和Ti确定所述PID控制器的控制传递函数；所述PID控制器依据所述交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和所述基准信号的比较结果，采用所述控制传递函数对所述交错并联磁集成DC/DC变换器中的各个支路的输出信号进行调节。优选的，上述交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制方法中，所述预设的映射表中，KP＝0.6Kpcrit、Ti＝0.5Tcrit。优选的，上述交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制方法中，所述控制传递函数为：其中，Ki＝1/Ti，所述s代表拉普拉斯变换中的一个复变量。一种交错并联磁集成DC/DC变换器，包括：信号采集单元，用于获取交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和获取基准信号；闭环参数生成单元，用于判断交错并联磁集成DC/DC变换器的稳态震荡是否达到预设的极限值，如果是，生成对应的临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit；PID调节单元，用于基于所述临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit依据预设的映射表计算得到PID控制器中的参数：比例控制增益KP和积分时间常数Ti；依据所述KP和Ti确定所述PID控制器的控制传递函数；依据所述交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和所述基准信号的比较结果，采用所述控制传递函数对所述交错并联磁集成DC/DC变换器中的各个支路的输出信号进行调节。优选的，上述交错并联磁集成DC/DC变换器中，所述预设的映射表中，KP＝0.6Kpcrit、TI＝0.5Tcrit。优选的，所述交错并联磁集成DC/DC变换器中，所述控制传递函数为：其中，Ki＝1/Ti，所述s代表拉普拉斯变换中的一个复变量。基于上述技术方案，本发明实施例提供的方案，通过获取交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和获取基准信号；判断交错并联磁集成DC/DC变换器的稳态震荡是否达到预设的极限值，如果是，生成对应的临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit；基于临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit计算得到KP和Ti；依据KP和Ti确定控制传递函数；采用控制传递函数对交错并联磁集成DC/DC变换器中的各个支路的输出信号进行调节，提高了变换器的输出稳定性，提高开关电源输出电压的精准度。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Buck模式下变换器的拓扑结构示意图；图2a为占空比为0～1/4的相电感电流及工作模态；图2b为占空比为1/4～1/2的相电感电流及工作模态；图3a为占空比为1/2～3/4的相电感电流及工作模态；图3b为占空比为3/4～的相电感电流及工作模态；图4为四相交错并联磁集成Buck变换器小信号等效模型；图5为系统的双闭环结构框图；图6为系统整体控制模型；图7为Buck模态输出电压到占空比传递函数bode图；图8为本申请实施例公开的交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制方法的示意图；图9为本申请实施例公开的交错并联磁集成DC/DC变换器输出控制装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。申请人经过研究发现，采用交错并联磁集成技术能够使电流纹波得到减小，同时可使磁件的尺寸大大减小、使自动化系统的稳态和动态特性得到改善。开关电源的输出主要取决于DC-DC的输出，本申请以四相磁集成双向DC/DCBuck变换器研究对象，提出了系统在CCM模式下小信号建模方法，得出了系统的传递函数，通过分析该传函的幅频和相频特性，得出转折频率和相位裕度。为满足DC/DC变换器稳定工作时一般要求，而加入了PI控制，来调节变换器的输出响应，进而提高稳态精度，同时利用齐格勒-尼科尔斯(ZN法)，求出KP和KI的值，优化了设计系统的控制，使系统的稳态性和动态响应得到了提高。最后，对四相变换器进行仿真和实验，结果表明所提出方法可以使变换器性能得到改善。参见图1，本申请实施例公开的交错并联磁集成双向DC/DC变换Buck的结构为四通道并联磁集成变换器，其结构可以包括：并联的且结构相同的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；第一端与所述第一支路、第二支路、第三支路和第四支路的输出端相连、第二端接地的BUCK电容Cbuck；与所述BUCK电容Cbuck并联的BUCK电阻Rbuck；其中，所述第一支路包括：第一主开关管Q1、第一副开关管Q1-1和第一电感L1；所述第二支路包括：第二主开关管Q2、第二副开关管Q2-1和第二电感L2；所述第三支路包括：第三主开关管Q3、第三副开关管Q3-1和第三电感L3；所述第四支路包括：第四主开关管Q4、第四副开关管Q4-1和第四电感L4；所述第一主开关管Q1的第一端与所述第二主开关管Q2、第三主开关管Q3和第四主开关管Q4的第一端相连，所述第一副开关管Q1-1的第一端与所述第一主开关管Q1的第二端和第一电感L1的第一端相连，所述第一副开关管Q1-1的第二端接地，所述第一电感L1的第二端与所述第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4的第二端相连；所述第二副开关管Q2-1的第一端与所述第二主开关管Q2的第二端和第二电感L2的第一端相连，所述第二副开关管Q2-1的第二端接地；所述第三副开关管Q3-1的第一端与所述第三主开关管Q3的第二端和第三电感L3的第一端相连，所述第三副开关管Q3-1的第二端接地；所述第四副开关管Q4-1的第一端与所述第四主开关管Q4的第二端和第四电感L4的第一端相连，所述第四副开关管Q4-1的第二端接地。通过合理设置对所述第一主开关管Q1、第一副开关管Q1-1、第二主开关管Q2、第二副开关管Q2-1、第三主开关管Q3、第三副开关管Q3-1、第四主开关管Q4和第四副开关管Q4-1施加的PWM脉冲控制信号，可以使得图1所示的四通道并联磁集成变换器在buck模式时，一个工作周期有八个模态。图1中四通道并联磁集成变换器的输入电压和输出电压分别为Vin和Vout，输入电流和输出电流分别为iin(t)和iout(t)，iLi(t)为第i电感电流，四相电感的总输出电流为iL(t)，在本申请实施例公开的技术方案中第一相指的是第一支路、第二相指的是第二支路、第三相指的是第三支路、第四相指的是第四支路，第一电感至第四电感是耦合的，且两相互为反向耦合，电感的自感和互感分别为L和M，磁耦合系数为k＝M/L[1]。变换器的电感电压方程如下:变换器使用的是四相对称的耦合电感，因此每相的电感电流仅是相差Tswith/4相位，其余特性均相同，因此本文只对占空比D在0～1范围内进行分析，第一电感的电感电流的纹波和四相总电感电流纹波，同时也对输出电压纹波进行分析。占空比D∈[0,1/4)时四通道并联磁集成变换器工作模态如图2a所示①、T0-t1时间段内变换器处于模态I，在这种模态下只有第一主开关管Q1导通，且vL1＝va，vL2＝vL3＝vL4＝vb，将其代入式(1)可得：②、T1-t2时间段内变换器处于模态II，T3-t4时间段内变换器处于模态IV，T5-t6时间段内变换器处于模态VI，T7-t8时间段内变换器处于模态Ⅷ，四个模态中，开关管Qi断开，开关管Qi-1导通，所述i＝1、2、3、4中的任意一个数。vL1＝vL2＝vL3＝vL4＝vb，将其代入式(1)可得③、T2-t3时间段内变换器处于模态III，T4-t5时间段内变换器处于模态V，T6-t7时间段内变换器处于模态Ⅶ；在这三个情况下，开关管Q1是关断的，每个情况只有一相的主开关管处于开通的状态。此时，第一相的电感电流变化率均相同，vLi＝va，i＝2～4，vLm＝vb，m≠i，联立求解得联立上式，求得第一相电感电流的纹波为其中开关频率f＝1/Tswitch此时对应的四相电感的总输出电流纹波为当占空比D∈[1/4,1/2)时，变换器的工作模态如图2b所示，由图2b可以得出第一相的电感的电流纹波为：此时对应的四相电感的总输出电流纹波为：(3)当占空比D∈[1/2,3/4)时，如图3a所示，可以得出第一相的电感的电流纹波为：而此时与之相对应的电感的总的输出电流纹波为(4)当占空比D∈[3/4,1)时，变换器的工作模态，如图3b所示可以得出第一相的电感的电流纹波为：而此时与之相对应的电感的总的输出电流纹波为：对于单相的电压纹波通常为：将四相总电感电流的纹波表达式代入，就可以得出四相交错并联磁集成Buck变换器的输出电压纹波为：由公式(13)可以看出，多相交错并联对于输出电压纹波也有一定的抑制作用。在本申请上述实施例公开的技术方案中，每一开关管可饭相并联一二极管，上述四通道并联磁集成变换器在降压后向负载提供能量，实现能量的释放，主开关管依次按照占空比导通，副开关管关断，二极管实现续流作用。采用扰动法和状态空间法对变换器进行小信号建模。其中，各个支路的状态方程为：在一个开关周期内，高低侧电压在很小范围内变化，对上式(14)根据式进行取平均值在一个开关周期内，根据开关周期平均的概念式(15)，开关网络输出变量的开关周期平均值如式(16)所示：可以推出下列的平均值方程其中<VLi-M(t)>T为各相电感电压的平均值，<VM(t)>T为耦合电压的平均值，<iC(t)>T为电容电流的平均值,<iLi(t)>T为各相电感电流的平均值。结合扰动法可以得到变换器的动态模型，对上式进行扰动对输出电压vo，输入电压vin，占空比di，每相电感电流iLi，在直流工作点附近做微小扰动，得到式(17)，其中Vin，Di，V0和IL是vin，di，v0，iL的平均值。当电路工作在某一静态工作点时，得到非线性交流小信号状态方程如下：当Buck变换器达到稳态时，根据电感电压的伏秒平衡原理和电容电荷平衡，可得输入电压、输入电流、四相电感总输出电流的稳态关系如下：忽略二阶交流项，将非线性受控源分离扰动，得出去耦之后的Buck变换器的小信号等效[3]。如图4所示。根据图4可得，电感电流、电容电压和输入电流的方程为：因此输入电压vin(t)至输出电压v0(t)的传递函数为：占空比d(t)至输出电压vo(t)的传递函数为：为了保证变换器输出电压和输出电流的稳定，本申请利用自主均流的双闭环控制方案(见图5)通过电压环控制系统的输出电压，通过电流环提高系统的反应速度，控制模型如图6所示。申请人通过Matlab得出了Bode图。图7是Vo到d的波特图。而在实际工作中，对于DC/DC变换器工作时的要求是fn范围一般为fs的1/5～1/4和系统的裕度不低于45°。图7中标出了补偿前和补偿后，我们可以从图上补偿前得出，系统的转折频率为2.48*105rad/s。本文中设计的fs为100KHz。wm＝2πfs＝2*3.14*1*105＝6.28*105rad/s,穿越频率在1.26*105～1.57*105rad/s之间。根据上述的传递函数对未接入PID控制器时的系统仿真，可见未调节时的系统性能有待提高，需设计PID控制器进行整定。本申请通过利用Ziegler-Nichols法计算得到Kp和KI的值。Ziegler-Nichols整定法是需要建立一个能比较好反应对象频率特性的二阶模型，根据该模型，结合给定的性能指标可推导出公式，然后用于PID参数的整定。由P元件确定稳定极限，当出现稳态震荡时达到这个极限。产生临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit，再根据表1的公式计算其他参数，表1为Ziegler-Nichols整定法的表格；表1Ziegler-Nichols法表控制规律KPTiTDPID0.6Kpcrit0.5Tcrit0.125TcritPI0.45Kpcrit0.85TcritP0.5Kpcrit上述的Ziegler-Nichols法将阶跃响应用在系统中，同时分析输出响应，得到如下的性能指标Kpcrit＝1,Tcrit＝0.2，代入表1，可算出PI控制时KP＝0.6,Ti＝0.1。把这两个值代入PID控制进行仿真，得出PI控制的传函。图7中，PI为系统补偿曲线，而补偿后的曲线如图所示，通过Bode图我们可以得到，矫正后的转折频率为1.55*105rad/s，相角裕量为67.6°，满足了变换器输出稳定性的要求。对此，参见图8，本申请上述实施例公开的方法可以概括为：步骤S101：获取交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和获取基准信号；步骤S102：判断交错并联磁集成DC/DC变换器的稳态震荡是否达到预设的极限值，如果是，执行步骤S103；步骤S103：生成临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit；步骤S104：基于所述临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit依据预设的映射表计算得到PID控制器中的参数：KP和Ti；步骤S105：依据所述KP和Ti确定所述PID控制器的控制传递函数；步骤S106：所述PID控制器依据所述交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和所述基准信号的比较结果，采用所述控制传递函数对所述交错并联磁集成DC/DC变换器中的各个支路的输出信号进行调节。在本申请一优选实施例中，所述预设的映射表中，KP＝0.6Kpcrit、Ti＝0.5Tcrit。进一步的，所述控制传递函数为：其中，Ki＝1/Ti，所述s为拉普拉斯变换中的一个复变量。此外，参见图9，本申请还公开了一种交错并联磁集成DC/DC变换器，包括：信号采集单100，用于获取交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和获取基准信号；闭环参数生成单元200，用于判断交错并联磁集成DC/DC变换器的稳态震荡是否达到预设的极限值，如果是，生成对应的临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit；PID调节单元300，用于基于所述临界比例度Kpcrit和临界震荡周期Tcrit依据预设的映射表计算得到PID控制器中的参数：KP和Ti；依据所述KP和Ti确定所述PID控制器的控制传递函数；依据所述交错并联磁集成DC/DC变换器输出信号和所述基准信号的比较结果，采用所述控制传递函数对所述交错并联磁集成DC/DC变换器中的各个支路的输出信号进行调节。为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或
技术领域：
内所公知的任意其它形式的存储介质中。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3