[发明专利]一种能量闭环控制的直流电源

说明书

本发明涉及一种能量闭环控制的直流电源，包括主电路和控制电路两部分，主电路为标准Buck电路；控制电路包括：电感电流检测电路、电容电压检测电路、输出电流检测电路、期望电容储能计算电路、期望电感储能计算电路、期望负载消耗能量计算电路、期望总能量计算电路、实际电感储能计算电路、实际电容储能计算电路、实际负载消耗能量计算电路、负载辨识电路、实际总能量计算电路、运算电路、控制器电路、PWM信号电路。本发明弱化电源输出动态性能对控制器参数取值敏感性，降低了控制器参数设计复杂性，在抑制住电压、电流超调和振荡现象同时，实现对动态调节时间的优化。

技术领域

本发明涉及到一种直流电源，特别是涉及到一种以能量闭环实现输出电压控制的直流电源。

背景技术

直流电源被广泛地应用于计算机、家用电器、能源和新型汽车等领域中。目前这些直流电源大多采用的是基于传统PID控制器的电压、电流双闭环，或电压单闭环控制策略，来获得稳定的电压输出，但无论是电压、电流双闭环控制还是电压单闭环控制，在输出电压的动态调解过程中，要么存在调节时间过长的问题，要么存在有明显的超调和振荡现象。虽然通过对控制器参数的合理设计，可以在一定范围内获得较好的动态性能，但是当运行工况发生较大变化时，例如负载变化等，电源的输出动态性能就会收到明显影响。因此基于传统PID控制器的电压控制策略无法满足直流电源对输出动态性能进一步提升的实际需求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种针对基于传统PID控制器的直流电源输出电压控制策略存在的动态性能较差的问题，通过能量闭环来实现对直流电源输出电压进行控制，进而改善其动态性能的能量闭环控制的直流电源。

为解决上述技术问题，本发明一种能量闭环控制的直流电源，包括主电路和控制电路两部分，主电路为标准Buck电路；控制电路包括：电感电流检测电路1、电容电压检测电路2、输出电流检测电路3、期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5、期望负载消耗能量计算电路6、期望总能量计算电路7、实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10、负载辨识电路11、实际总能量计算电路12、运算电路13、控制器电路14、PWM信号电路15；

外界提供的电源输出电压给定值信号Uref分别接至期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的对应输入端；期望电容储能计算电路4、期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的输出端分别接至期望总能量计算电路7的对应输入端；期望总能量计算电路7的输出端接至运算电路13的对应输入端；电感电流检测电路1对电感L1的电流进行检测，电感电流检测电路1的检测信号输出端与实际电感储能计算电路8的输入端连接；电容电压检测电路2并联在电容C1的两端，电容电压检测电路2检测信号输出端分别与实际电容储能计算电路9、实际负载消耗能量计算电路10、负载辨识电路11的对应输入端连接；输出电流检测电路3对主电路的输出电流进行检测，输出电流检测电路3检测信号输出端分别与实际负载消耗能量计算电路10和负载辨识电路11的对应输入端连接；实际电感储能计算电路8、实际电容储能计算电路9和实际负载消耗能量计算电路10的输出端分别接至实际总能量计算电路12的对应输入端；负载辨识电路11的输出端分别与期望电感储能计算电路5和期望负载消耗能量计算电路6的对应输入端连接；实际总能量计算电路12的输出端接至运算电路13的对应输入端；运算电路13的输出端与控制器电路14的输入端连接；控制器电路14的输出端与PWM信号电路15的输入端连接；PWM信号电路15的输出端与主电路中电力电子器件M1的控制端连接。

作为本发明的一种改进形式，主电路为Buck电路的其他拓扑结构形式，或者其他形式的DC/DC变换电路。

本发明还包括：

电力电子器件M1、电感L1、电容C1、续流二极管D1连接构成标准Buck电路，将输入端的直流电压转换为输出端负载所需要的直流电压；