CN111669050B - 用于Buck电路的补偿方法、装置和Buck电路 - Google Patents

用于Buck电路的补偿方法、装置和Buck电路 Download PDF

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CN111669050B CN201910163039.8A CN201910163039A CN111669050B CN 111669050 B CN111669050 B CN 111669050B CN 201910163039 A CN201910163039 A CN 201910163039A CN 111669050 B CN111669050 B CN 111669050B
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Abstract

本发明涉及一种用于Buck电路的补偿方法、装置和Buck电路，装置包括：功率传函获取模块获取功率传递函数的第一、第二谐振极点；补偿传函获取模块获取补偿传递函数，包括低频增益、第一、第二谐振零点；范围确定模块确定第一、二谐振零点的取值范围；第一数据筛选模块从第一、第二谐振零点的取值范围及预设目标带宽范围内获取满足预设相位裕度的m个数据组；调整模块根据每个数据组的所有数据对补偿传递函数的低频增益进行调整，获得m个低频增益调整值；第二数据筛选模块根据每个数据组的所有数据和对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗最小值，该最小值对应的补偿传递函数为最优补偿传递函数，不仅可以达到最优瞬态响应，且无需人工计算。

Description

用于Buck电路的补偿方法、装置和Buck电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种用于Buck电路的补偿方法、装 置和Buck电路。
背景技术
传统的Buck电路的功率传递函数存在一个零点和一对谐振极点，由于谐振 极点的存在，导致整个***不稳定，因此需要对这一对谐振极点进行补偿。目 前的补偿手段均是采用人工计算，通过补偿传递函数中的一对谐振零点来抵消 这一对谐振极点，从而使得带宽大幅增加，获得较快的瞬态响应。但是，采用 人工计算进行补偿，所获得的补偿传递函数并不是最优的，因此亟待解决。
发明内容
基于此，有必要针对采用人工计算进行补偿无法获得最优的补偿传递函数 的问题，提供一种用于Buck电路的补偿方法、装置和Buck电路。
一种用于Buck电路的补偿装置，包括：
功率传函获取模块，用于获取输入其的Buck电路的功率传递函数的第一谐 振极点和第二谐振极点，并输出第一谐振极点和第二谐振极点；
补偿传函获取模块，用于根据输入其的功率传递函数获取Buck电路的补偿 传递函数，并输出补偿传递函数，补偿传递函数包括低频增益、第一谐振零点 和第二谐振零点；
范围确定模块，范围确定模块与功率传函获取模块和补偿传函获取模块相 连，用于根据输入其的第一谐振极点确定第一谐振零点的取值范围，并根据输 入其的第二谐振极点确定第二谐振零点的取值范围，并输出第一谐振零点的取 值范围和第二谐振零点的取值范围；
第一数据筛选模块，第一数据筛选模块与范围确定模块相连，用于从输入 其的第一谐振零点的取值范围、第二谐振零点的取值范围和预设目标带宽范围 内获取满足预设相位裕度的m个数据组，并输出m个数据组，其中，每个数据 组包括一个第一谐振零点、一个第二谐振零点和一个目标带宽点，m为正整数；
调整模块，调整模块与第一数据筛选模块相连，用于根据输入其的m个数 据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点对补偿传递函 数的低频增益进行调整，以获得与m个数据组中每个数据组对应的m个低频增 益调整值，并输出m个低频增益调整值；
第二数据筛选模块，第二数据筛选模块与第一数据筛选模块和调整模块分 别相连，用于根据输入其的m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐 振零点、目标带宽点和与每个数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环 输出阻抗最小值，并获取该最小值对应的补偿传递函数作为最优补偿传递函数， 并输出最优补偿传递函数；
补偿控制模块，补偿控制模块与第二数据筛选模块相连，用于根据输入其 的最优补偿传递函数对Buck电路进行补偿控制。
一种用于Buck电路的补偿方法，包括以下步骤：
获取Buck电路的功率传递函数的第一谐振极点和第二谐振极点；
根据功率传递函数获取Buck电路的补偿传递函数，补偿传递函数包括低频 增益、第一谐振零点和第二谐振零点；
根据第一谐振极点确定第一谐振零点的取值范围，并根据第二谐振极点确 定第二谐振零点的取值范围；
从第一谐振零点的取值范围、第二谐振零点的取值范围和预设目标带宽范 围内获取满足预设相位裕度的m个数据组，其中，每个数据组包括一个第一谐 振零点、一个第二谐振零点和一个目标带宽点，m为正整数；
根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽 点对补偿传递函数的低频增益进行调整，以获得与m个数据组中每个数据组对 应的m个低频增益调整值；
根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点、目标带宽 点和与每个数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗最小值， 并获取该最小值对应的补偿传递函数作为最优补偿传递函数；
根据最优补偿传递函数对Buck电路进行补偿控制。
一种Buck电路，其包括所述的补偿装置。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
通过范围确定模块根据第一谐振极点确定第一谐振零点的取值范围，并根 据第二谐振极点确定第二谐振零点的取值范围，然后依次通过第一数据筛选模 块、调整模块和第二数据筛选模块经过一系列的筛选过程，从第一谐振零点的 取值范围和第二谐振零点的取值范围内筛选出一组最优数据，并根据该组最优 数据和与该组最优数据对应的低频增益调整值获得补偿传递函数，该补偿传递 函数即为最优补偿传递函数，这样根据该最优补偿传递函数对Buck电路进行补 偿控制，不仅可以使得***获得较快的瞬态响应，而且无需人工计算，省去了 大量的人力。
附图说明
图1为传统的Buck电路的拓扑图；
图2为图1所示Buck电路的***框图；
图3为第一个实施例中用于Buck电路的补偿装置的方框图；
图4为第二个实施例中用于Buck电路的补偿装置的方框图；
图5为第三个实施例中用于Buck电路的补偿装置的方框图；
图6为第四个实施例中用于Buck电路的补偿装置的方框图；
图7为一个实施例中第一数据筛选子模块的方框图；
图8为一个实施例中Nyquist的示意图；
图9为一个实施例中阻抗计算模块的方框图；
图10为一个具体示例中用于Buck电路的补偿方法的流程图；
图11为一个实施例中用于Buck电路的补偿方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以 便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实 施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发 明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的 各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技 术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛 盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
图1为传统的Buck电路的拓扑图。图2为图1所示Buck电路的***框图， 其包括补偿传递函数H(s)和开环传递函数中除补偿传递函数之外的部分G(s)， G(s)进一步包括功率传递函数Gplant(s)、ADC增益KADC和DPWM增益KDPWM，其中， 功率传递函数Gplant(s)存在一个零点和一对谐振极点，由于谐振极点的存在，导 致整个***不稳定，因此需要对这一对谐振极点进行补偿。目前的补偿手段均 是采用人工计算，通过补偿传递函数H(s)中的一对谐振零点来抵消这一对谐振 极点，从而使得带宽大幅增加，获得较快的瞬态响应，但是采用人工计算进行 补偿，所获得的补偿传递函数H(s)并不是最优的，补偿效果并不是很好，基于 此，本申请提供了一种用于Buck电路的补偿方法、装置和具有该装置的Buck 电路。
图3为一个实施例中用于Buck电路的补偿装置的方框图。如图3所示，用 于Buck电路的补偿装置包括：功率传函获取模块110、补偿传函获取模块120、 范围确定模块130、第一数据筛选模块140、调整模块150、第二数据筛选模块 160和补偿控制模块170。
具体地，功率传函获取模块110用于获取输入其的Buck电路的功率传递函 数的第一谐振极点和第二谐振极点，并输出第一谐振极点和第二谐振极点。
以图1所示Buck电路为例，通过对图1所示Buck电路进行分析计算可获 得Buck电路的功率传递函数Gplant(s)，如下述公式(1)所示：
Figure BDA0001985332790000051
其中，Vin为Buck电路的输入电压，L为电感、C为电容，RS为电感L的等 效直流电阻，RC为电容C的等效电阻，RL为负载。
然后，功率传函获取模块110计算功率传递函数Gplant(s)的一个零点和一对 谐振极点，分别记为第一零点ωGZ1、第一谐振极点ωGP和第二谐振极点QGP，具体 如下述公式(2)-公式(4)所示：
Figure BDA0001985332790000061
Figure BDA0001985332790000062
/>
Figure BDA0001985332790000063
补偿传函获取模块120用于根据输入其的功率传递函数获取Buck电路的补 偿传递函数，并输出补偿传递函数，补偿传递函数包括低频增益、第一谐振零 点和第二谐振零点。
具体地，为了达到环路稳定的目的，需要设计相应的负反馈进行自动补偿， 即设计补偿传递函数H(s)进行自动补偿，在一个实施例中，补偿传函获取模块 120根据功率传递函数Gplant(s)可得到补偿传递函数H(s)的一般形式，如下述公 式(5)所示：
Figure BDA0001985332790000064
其中，H(0)为补偿传递函数的低频增益，初始值可设置为1，并在分母中 引入一个初始值为零的极点，用于提高补偿传递函数的低频增益，即提高环路 的低频增益，同时还引入一个极点ωHP(即第一极点)，该极点ωHP可根据Buck 电路的开关频率Fsw进行确定，例如，ωHP＝2π×0.2Fsw，用于降低高频噪声，以 及在分子中引入一对谐振零点，分别为第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ， 用于补偿功率传递函数Gplant(s)分母中的第一谐振极点ωGP和第二谐振极点QGP。
范围确定模块130与功率传函获取模块110和补偿传函获取模块120相连， 用于根据输入其的第一谐振极点确定第一谐振零点的取值范围，并根据输入其 的第二谐振极点确定第二谐振零点的取值范围，并输出第一谐振零点的取值范 围和第二谐振零点的取值范围。
具体而言，从上述补偿传递函数H(s)的表达式中可以看出，补偿传递函数 H(s)的两个单独的极点是不变的，一个为零，另一个为2π×0.2Fsw，即分母是不 变的，所以只需要确定低频增益H(0)、第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ即 可确定补偿传递函数H(s)。其中，可先通过范围确定模块130根据谐振极点ωGP和QGP确定第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ的取值范围，在一个实施例中， 确定的第一谐振零点ωHZ的取值范围可以为0.2ωGP～1.1ωGP，第二谐振零点QHZ的取 值范围可以为0.2QGP～1.5QGP，具体可根据实际需要选择确定。
第一数据筛选模块140与范围确定模块130相连，用于从输入其的第一谐 振零点的取值范围、第二谐振零点的取值范围和预设目标带宽范围内获取满足 预设相位裕度的m个数据组，并输出m个数据组，其中，每个数据组包括一个 第一谐振零点、一个第二谐振零点和一个目标带宽点，m为正整数。
具体而言，在通过范围确定模块130获得第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点 QHZ的取值范围后，第一数据筛选模块140可根据预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000071
对不同的第 一谐振零点ωHZ、第二谐振零点QHZ和预设频率范围(即预设目标带宽范围)进 行扫描，以获得预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000072
对应的频率，即目标带宽点F，且该目标带宽 点F对应的第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ即为满足预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000073
的谐 振零点，第一谐振零点ωHZ、第二谐振零点QHZ和目标带宽点F构成一个数据组。 其中，预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000074
和预设频率范围可根据实际情况进行设定，例如，为保 证***稳定性，通常预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000081
会设置成大于45°的某一值，例如，预设 相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000082
可以为70°，预设频率范围可以为0Hz～200kHz。
在一个实施例中，如图4所示，第一数据筛选模块140包括：第一总相移 获取模块141、参数获取模块142和第一判断模块143。其中，第一总相移获取 模块141用于根据输入其的预设相位裕度确定Buck电路的开环传递函数的目标 总相移，并输出目标总相移；参数获取模块142与范围确定模块130相连，用 于从输入其的第一谐振零点的取值范围中获取一个第一谐振零点并输出，并从 第二谐振零点的取值范围中获取一个第二谐振零点并输出；第一判断模块143 与参数获取模块142和第一总相移获取模块141相连，用于根据输入其的第一 谐振零点和第二谐振零点，判断预设目标带宽范围内是否存在目标带宽点使得开环传递函数的总相移满足目标总相移，如果是，则判定该总相移对应的第一 谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点为满足预设相位裕度的数据组，并输出 满足预设相位裕度的数据组。
具体而言，Buck电路的开环传递函数T(s)＝G(s)×H(s)，第一总相移获取模 块141根据预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000083
确定的开环传递函数T(s)的目标总相移 />
Figure BDA0001985332790000084
例如，当/>
Figure BDA0001985332790000085
时，目标总相移/>
Figure BDA0001985332790000086
并且， 根据功率传递函数Gplant(s)的一个零点和一对谐振极点以及补偿传递函数H(s)的 一对谐振零点和一个极点所造成的相移，可得到Buck电路的开环传递函数T(s) 的总相移/>
Figure BDA0001985332790000087
即根据第一零点ωGZ1、第一谐振极点ωGP、第二谐振极点QGP、第 一谐振零点ωHZ、第二谐振零点QHZ和第一极点ωHP得到Buck电路的开环传递函 数T(s)的总相移/>
Figure BDA0001985332790000088
具体如下述公式(6)-(10)所示：
Figure BDA0001985332790000089
其中，F为目标带宽点，FGZ1为第一零点ωGZ1对应的频率，
Figure BDA0001985332790000091
Figure BDA0001985332790000092
其中，FGP为第一谐振极点ωGP对应的频率，
Figure BDA0001985332790000093
/>
Figure BDA0001985332790000094
其中，FHZ为第一谐振零点ωHZ对应的频率，
Figure BDA0001985332790000095
Figure BDA0001985332790000096
其中，FHP为第一极点ωHP对应的频率，
Figure BDA0001985332790000097
Figure BDA0001985332790000098
其中，sgn()为符合函数，其值为1或者-1。
然后，对总相移
Figure BDA0001985332790000099
从预设频率范围如0Hz～200kHz进行频率扫描，以根据 预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900000910
得到对应的频率作为目标带宽点F。
具体地，参数获取模块142可先从第一谐振零点ωHZ的取值范围中获取一个 第一谐振零点ωHZ如0.2ωGP，并从第二谐振零点QHZ的取值范围中获取一个第二谐 振零点QHZ如0.2QGP，以及从预设频率范围中获取一个频率如0Hz，然后第一判断 模块143将这些数据代入上述公式(6)-(10)以获得一个总相移
Figure BDA00019853327900000911
并判断 该总相移/>
Figure BDA00019853327900000912
与目标总相移/>
Figure BDA00019853327900000913
如-110°之间的差值的绝对值是否处于一个较小 的范围内，如果否，则判定该频率0Hz不是预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900000914
对应的频率。接着， 参数获取模块142从预设频率范围中再次获取一个频率如1Hz，第一判断模块 143将频率1Hz、第一谐振零点ωHZ(如，0.2ωGP)和第二谐振零点QHZ(如，0.2QGP) 代入上述公式(6)-(10)以获得一个总相移/>
Figure BDA0001985332790000101
并判断该总相移/>
Figure BDA0001985332790000102
与目标总相移/>
Figure BDA0001985332790000103
(如，-110°)之间的差值的绝对值是否处于一个较小的范围(如± 1°)内，如果否，则判定该频率1Hz不是预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000104
对应的频率，依次 类推，直至完成对预设频率范围内所有频率的判断。
在整个判断过程中，如果存在根据某一频率计算获得的总相移
Figure BDA0001985332790000105
与目标总 相移
Figure BDA0001985332790000106
如-110°之间的差值的绝对值处于一个较小的范围内，则说明该频率为 预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000107
对应的频率，即目标带宽点F，且第一谐振零点ωHZ如0.2ωGP和 第二谐振零点QHZ如0.2QGP为满足预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000108
的谐振零点；否则，说明整个 预设频率范围内不存在预设相位裕度/>
Figure BDA0001985332790000109
对应的频率，且该第一谐振零点ωHZ如 0.2ωGP和第二谐振零点QHZ如0.2QGP也不是满足预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900001010
的谐振零点，此 时将该谐振零点剔除。
然后，参数获取模块142再从第一谐振零点ωHZ的取值范围中获取一个第一 谐振零点ωHZ如0.2ωGP，并从第二谐振零点QHZ的取值范围中获取一个第二谐振零 点QHZ如0.3QGP，并且第一判断模块143按照上述方式判断预设频率范围内是否 存在根据某一频率计算获得的总相移
Figure BDA00019853327900001011
与目标总相移/>
Figure BDA00019853327900001012
如-110°之间的差值 的绝对值处于一个较小的范围内，如果存在，则说明该频率为预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900001013
对应的频率，即目标带宽点F，且第一谐振零点ωHZ如0.3ωGP和第二谐振零点QHZ如 0.3QGP为满足预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900001014
的谐振零点；否则，说明整个预设频率范围内不 存在预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900001015
对应的频率，且该第一谐振零点ωHZ如0.3ωGP和第二谐振零 点QHZ如0.3QGP也不是满足预设相位裕度/>
Figure BDA00019853327900001016
的谐振零点，此时将该谐振零点剔 除。
依次类推，直至完成对第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ的取值范围中 所有值的判断，最终可获得预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000111
对应的m个目标带宽点F和与每个 目标带宽点对应的第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ，即获得m个数据组， 每个数据组包括一个第一谐振零点ωHZ、一个第二谐振零点QHZ和一个目标带宽 点F。
调整模块150与第一数据筛选模块140相连，用于根据输入其的m个数据 组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点对补偿传递函数 的低频增益进行调整，以获得与m个数据组中每个数据组对应的m个低频增益 调整值，并输出m个低频增益调整值。
具体而言，由于获得的目标带宽点F并不是***真正的带宽点，所以需要 将目标带宽点F处的开环传递函数T(s)的增益调整为0dB，例如，可通过改变补 偿传递函数H(s)的低频增益H(0)来使开环传递函数T(s)的增益调整为0dB。
在一个实施例中，如图5所示，调整模块150包括：增益获取模块151和 调整子模块152，其中，增益获取模块151与第一数据筛选模块140相连，用于 根据输入其的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点获取Buck电路的开环 传递函数的增益，并输出开环传递函数的增益；调整子模块152与增益获取模 块151相连，用于根据输入其的开环传递函数的增益对补偿传递函数的低频增 益进行调整，以使开环传递函数的增益为0dB，并输出对应的低频增益调整值。
具体地，Buck电路的开环传递函数T(s)的增益T(F)可通过下述公式表达：
Figure BDA0001985332790000112
其中，G(0)＝Gplant(0)×KADC×KDPWM。
然后，将第一数据筛选模块140获得的数据组的目标带宽点F、第一谐振零 点ωHZ和第二谐振零点QHZ代入上述公式(11)，并且由于补偿传递函数H(s)的低 频增益H(0)的初始值为1，所以增益获取模块151可计算出目标带宽点F对应 的开环传递函数T(s)的增益T(F)，然后调整子模块152根据开环传递函数T(s)的 增益T(F)，通过下述公式(12)对补偿传递函数H(s)的低频增益H(0)进行调整， 调整后的低频增益为：
Figure BDA0001985332790000121
其中，将调整后的低频增益记为低频增益调整值H(0)_adapt。
由于第一数据筛选模块140可能获得多个数据组，所以调整模块150可以 采用上述方式根据多个数据组中每个数据组的目标带宽点F、第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ对补偿传递函数H(s)的低频增益H(0)进行调整，这样就可 以获得多个调整后的低频增益调整值H(0)_adapt。
第二数据筛选模块160与第一数据筛选模块140和调整模块150分别相连， 用于根据输入其的m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点、 目标带宽点和与每个数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗 最小值，并获取该最小值对应的补偿传递函数作为最优补偿传递函数，并输出 最优补偿传递函数。
具体而言，在通过第一数据筛选模块140获得满足预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000122
的m个 数据组，并通过调整模块150根据每个数据组的数据对补偿传递函数H(s)的低 频增益H(0)进行调整后，第二数据筛选模块160可根据这些数据计算出一系列 的***的闭环输出阻抗值Z_metric，然后从这些闭环输出阻抗值Z_metric中获取 最小值，根据最小值对应的数据组的第一谐振零点ωHZ、第二谐振零点QHZ和与 该数据组对应的低频增益调整值H(0)_adapt获得的补偿传递函数H(s)即为最优 补偿传递函数，通过该函数可以使得***的瞬态响应达到最优。
在一个实施例中，如图6所示，第二数据筛选模块160包括：第一数据筛 选子模块161、阻抗计算模块162和第二数据筛选子模块163。
具体地，第一数据筛选子模块161与第一数据筛选模块140和调整模块150 分别相连，用于根据输入其的m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二 谐振零点、目标带宽点和与每个数据组对应的低频增益调整值，从m个数据组 中获取使得***处于稳定状态的n个数据组，并输出n个数据组，其中，n为正 整数。
具体而言，在通过第一数据筛选模块140获得满足预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000131
的m个 数据组，并通过调整模块150根据每个数据组的数据对补偿传递函数H(s)的低 频增益H(0)进行调整后，第一数据筛选子模块161可利用Nyquist(尼奎斯特 曲线)边界稳定判据，判断m个数据组中每个数据组的第一谐振零点ωHZ、第二 谐振零点QHZ、目标带宽点F和与每个数据组对应的低频增益调整值H(0)_adapt 对应的***是否处于稳定状态。
在一个实施例中，如图7所示，第一数据筛选子模块161包括：第二总相 移获取模块1611和第二判断模块1612，其中，第二总相移获取模块1611与第 一数据筛选模块140和调整模块150分别相连，用于根据输入其的第一谐振零 点、第二谐振零点、目标带宽点和低频增益调整值获取Buck电路的开环传递函 数的总相移，并输出开环传递函数的总相移；第二判断模块1612与第二总相移 获取模块1611相连，用于判断输入其的总相移是否满足Nyquist边界稳定判据， 如果是，则判定总相移对应的数据组为使得***处于稳定状态的数据组，并输 出使得***处于稳定状态的数据组。
具体地，第二总相移获取模块1611可根据第一谐振零点ωHZ、第二谐振零 点QHZ、目标带宽点F、第一谐振极点ωGP、第二谐振极点QGP、功率传递函数的 第一零点ωGZ1、补偿传递函数的第一极点ωHP和低频增益调整值H(0)_adapt，通 过下述公式(13)-(22)获得Buck电路的开环传递函数T(s)的总相移
Figure BDA0001985332790000141
Figure BDA0001985332790000142
/>
Figure BDA0001985332790000143
Figure BDA0001985332790000144
Figure BDA0001985332790000145
A5＝G(0)×H(0)_adapt (17)
Figure BDA0001985332790000146
Figure BDA0001985332790000147
其中，IMG为目标带宽点F对应的虚部。
Figure BDA0001985332790000148
其中，REL为目标带宽点F对应的实部。
Figure BDA0001985332790000149
Figure BDA00019853327900001410
在获得Buck电路的开环传递函数T(s)的总相移
Figure BDA00019853327900001411
后，可通过第二判断模 块1612判断该总相移/>
Figure BDA00019853327900001412
是否满足Nyquist边界稳定判据。
具体而言，图8为Buck电路的开环传递函数T(s)的Nyquist示意图，其中， 虚线单位圆表示|T(s)|＝1的点，即在单位圆上的点的增益为0dB。由Nyquist边 界稳定判据可知，开环传递函数T(s)的总相移
Figure BDA0001985332790000151
需要满足/>
Figure BDA0001985332790000152
即图 中阴影部分，因此|T(s)|＝1，即增益为0dB的点所对应的总相移/>
Figure BDA0001985332790000153
需要满足在阴 影部分内。由于是离散化的***，所以需要对单位圆附近的一系列的点，如半 径为0.9～1.1的圆环内的点均进行判别，以确定这些点对应的总相移/>
Figure BDA0001985332790000154
是否 满足在阴影部分内。如果总相移/>
Figure BDA0001985332790000155
满足在阴影部分内，则说明该总相移/>
Figure BDA0001985332790000156
对 应的数据组可以保证***处于稳定状态。然后，第二判断模块1612采用上述方 式对每组数据组进行判断，确定出使得***处于稳定状态的所有数据组，假设为n个数据组。
阻抗计算模块162与第一数据筛选子模块161相连，用于根据输入其的n 个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点获取*** 的闭环输出阻抗值，以获得n个闭环输出阻抗值，并输出n个闭环输出阻抗值。
具体而言，在通过第一数据筛选子模块161获得使得***处于稳定状态的n 个数据组后，阻抗计算模块162可根据n个数据组中每个数据组的第一谐振零 点ωHZ、第二谐振零点QHZ和目标带宽点F，获取***的闭环输出阻抗值Z_metric (即闭环输出阻抗测量值)，以获得n个闭环输出阻抗值Z_metric。
在一个实施例中，如图9所示，阻抗计算模块162包括：第一计算模块1621 和第二计算模块1622，其中，第一计算模块1621与第一数据筛选子模块161相 连，用于根据输入其的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点获取低频闭 环输出阻抗幅度、最大开环频率对应的闭环输出阻抗最大值、闭环输出阻抗最 大幅值和闭环输出阻抗有效值并输出；第二计算模块1622与第一计算模块相连 1621，用于按照输入其的预设权重对低频闭环输出阻抗幅度、最大开环频率对 应的闭环输出阻抗最大值、闭环输出阻抗最大幅值和闭环输出阻抗有效值进行 加权处理，以获得闭环输出阻抗值，并输出闭环输出阻抗值。
具体而言，可通过计算闭环输出阻抗值
Figure BDA0001985332790000161
其中，
Figure BDA0001985332790000162
来判断***瞬态响应的快慢，所以本实施例中，可 先计算闭环输出阻抗值。具体地，本实施例中的闭环输出阻抗值Z_metric可以根 据不同的权重分成四部分，分别是低频闭环输出阻抗幅度Z1、最大开环频率对 应的闭环输出阻抗最大值Z2、闭环输出阻抗最大幅值Z3和闭环输出阻抗有效值 Z4，其权重分别为W1、W2、W3和W4，然后通过加权求得闭环输出阻抗值Z_metric， 具体如下述公式(23)-(36)所示：
Figure BDA0001985332790000163
Figure BDA0001985332790000164
Figure BDA0001985332790000165
Figure BDA0001985332790000166
Figure BDA0001985332790000167
Figure BDA0001985332790000168
Figure BDA0001985332790000169
Figure BDA00019853327900001610
/>
Figure BDA00019853327900001611
Z1＝Z_out_closed (32)
Z2＝Z_out_closed (33)
Z3＝Z_out_closed_max (34)
Figure RE-GDA0002059093140000171
其中，ΔF＝100Hz (35)
Z_metric＝W1×Z1+W2×Z2+W3×Z3+W4×Z4 (36)
其中，权重分别W1、W2、W3和W4可根据Z1、Z2、Z3和Z4的重要程度以及其 值的大小来确定，优选的，W1为100，W2为2，W3为1，W4为2。
然后，阻抗计算模块162按照上述方式获取n个数据组中每个数据组对应 的闭环输出阻抗值Z_metric，可获得n个闭环输出阻抗值Z_metric。
第二数据筛选子模块163与阻抗计算模块162相连，用于获取输入其的n 个闭环输出阻抗值的最小值，以获得闭环输出阻抗最小值，并输出闭环输出阻 抗最小值。
具体地，在通过阻抗计算模块162获得n个闭环输出阻抗值Z_metric后，第 二数据筛选子模块163将从n个闭环输出阻抗值Z_metric中获取一个最小值，将 该最小值对应的第一谐振零点ωHZ、第二谐振零点QHZ和与数据组对应的低频增 益调整值H(0)_adapt作为最终的补偿传递函数H(s)的参数，该补偿传递函数 H(s)即为最优补偿传递函数，通过该补偿传递函数可获得更好的瞬态响应。
补偿控制模块170与第二数据筛选模块160相连，用于根据输入其的最优 补偿传递函数对Buck电路进行补偿控制。由此，不仅可以使得***获得较快的 瞬态响应，而且无需人工计算，省去了大量的人力。
进一步地，为使本领域技术人员能够更清楚的了解本发明，如图10所示， 用于Buck电路的补偿方法可包括以下步骤：
步骤1002，计算Buck电路的功率传递函数Gplant(s)的一个零点和一对谐振 极点，分别记为第一零点ωGZ1、第一谐振极点ωGP和第二谐振极点QGP。
步骤1004，根据功率传递函数Gplant(s)设计Buck电路的补偿传递函数H(s)的 一般形式，其包括低频增益H(0)、第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ。
步骤1006，根据第一谐振极点ωGP和第二谐振极点QGP确定第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ的取值范围。
步骤1008，选取一对第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ作为补偿传递函 数H(s)的参数。
步骤1010，根据功率传递函数Gplant(s)和补偿传递函数H(s)计算Buck电路 的开环传递函数T(s)的总相移
Figure BDA0001985332790000181
步骤1012，判断能否满足设定的相位裕度，即预设相位裕度
Figure BDA0001985332790000182
如果是， 则执行步骤1014；否则，执行步骤1026。
需要说明的是，步骤1008至步骤1012的具体内容可参考图3中关于第一 数据筛选模块140的描述，为避免冗余，这里就不再详述。
步骤1014，记录目标带宽点F对应的开环传递函数T(s)的增益T(F)。
步骤1016，调节补偿传递函数H(s)的低频增益H(0)，使开环传递函数T(s) 的增益T(F)为0dB。
需要说明的是，步骤1014至步骤1016的具体内容可参考图3中关于调整 模块150的描述，为避免冗余，这里就不再详述。
步骤1018，判断是否满足Nyquist边界稳定，即是否满足Nyquist边界稳 定判据。如果是，则执行步骤1020；否则，执行步骤1026。
需要说明的是，步骤1018的具体内容可参考图6中关于第一数据筛选子模 块161的描述，为避免冗余，这里就不再详述。
步骤1020，分四部分加权得到闭环输出阻抗值Z_metric。
需要说明的是，步骤1020的具体内容可参考图6中关于阻值计算模块162 的描述，为避免冗余，这里就不再详述。
步骤1022，判断闭环输出阻抗值Z_metric是否小于最小值。如果是，则执 行步骤1024；否则，执行步骤1026。
步骤1024，记录本次闭环输出阻抗值Z_metric作为新的最小值。
步骤1026，判断是否还有剩余的第一谐振零点ωHZ和第二谐振零点QHZ。如 果是，则返回步骤1008；否则，执行步骤1028。
步骤1028，将闭环输出阻抗值Z_metric最小值对应的数据作为补偿传递函 数H(s)的最终参数，至此获得补偿传递函数H(s)的最优解。
上述用于Buck电路的补偿装置，通过范围确定模块根据第一谐振极点确定 第一谐振零点的取值范围，并根据第二谐振极点确定第二谐振零点的取值范围， 然后依次通过第一数据筛选模块、调整模块和第二数据筛选模块经过一系列的 筛选过程，从第一谐振零点的取值范围和第二谐振零点的取值范围内筛选出一 组最优数据，根据该组最优数据和与该组最优数据对应的低频增益调整值获得 补偿传递函数，该补偿传递函数为最优补偿传递函数，不仅可以使得***获得 较快的瞬态响应，而且无需人工计算，省去了大量的人力。
应该理解的是，上述用于Buck电路的补偿装置中的各个模块可全部或部分 通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计 算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中， 以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种Buck电路，其特包括上述的补偿装置。
在一个实施例中，提供了一种用于Buck电路的补偿方法，如图11所示， 用于Buck电路的补偿方法包括以下步骤：
步骤1102，获取Buck电路的功率传递函数的第一谐振极点和第二谐振极点；
步骤1104，根据功率传递函数获取Buck电路的补偿传递函数，补偿传递函 数包括低频增益、第一谐振零点和第二谐振零点；
步骤1106，根据第一谐振极点确定第一谐振零点的取值范围，并根据第二 谐振极点确定第二谐振零点的取值范围；
步骤1108，从第一谐振零点的取值范围、第二谐振零点的取值范围和预设 目标带宽范围内获取满足预设相位裕度的m个数据组，其中，每个数据组包括 一个第一谐振零点、一个第二谐振零点和一个目标带宽点，m为正整数；
步骤1110，根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点 和目标带宽点对补偿传递函数的低频增益进行调整，以获得与m个数据组中每 个数据组对应的m个低频增益调整值；
步骤1112，根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点、 目标带宽点和与每个数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗 最小值，并获取该最小值对应的补偿传递函数作为最优补偿传递函数；
步骤1114，根据最优补偿传递函数对Buck电路进行补偿控制。
在一个实施例中，从第一谐振零点的取值范围、第二谐振零点的取值范围 和预设目标带宽范围内获取满足预设相位裕度的m个数据组，包括：
S1202，根据预设相位裕度确定Buck电路的开环传递函数的目标总相移；
S1204，从第一谐振零点的取值范围中获取一个第一谐振零点，并从第二谐 振零点的取值范围中获取一个第二谐振零点；
S1206，根据第一谐振零点和第二谐振零点，判断预设目标带宽范围内是否 存在目标带宽点使得开环传递函数的总相移满足目标总相移；
S1208，如果是，则判定该总相移对应的第一谐振零点、第二谐振零点和目 标带宽点为满足预设相位裕度的数据组，并返回步骤S1204；否则，直接返回步 骤1204。
在一个实施例中，根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐 振零点和目标带宽点对补偿传递函数的低频增益进行调整，包括：
根据第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点获取Buck电路的开环传递 函数的增益；
根据开环传递函数的增益对补偿传递函数的低频增益进行调整，以使开环 传递函数的增益为0dB。
在一个实施例中，根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐 振零点、目标带宽点和与每个数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环 输出阻抗最小值，包括：
根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点、目标带宽 点和与每个数据组对应的低频增益调整值，从m个数据组中获取使得***处于 稳定状态的n个数据组，其中，n为正整数；
根据n个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽 点获取***的闭环输出阻抗值，以获得n个闭环输出阻抗值；
获取n个闭环输出阻抗值的最小值，以获得闭环输出阻抗最小值。
在一个实施例中，根据m个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐 振零点、目标带宽点和与每个数据组对应的低频增益调整值，从m个数据组中 获取使得***处于稳定状态的n个数据组，包括：
根据第一谐振零点、第二谐振零点、目标带宽点和低频增益调整值获取Buck 电路的开环传递函数的总相移；
判断总相移是否满足Nyquist边界稳定判据；
如果是，则判定总相移对应的数据组为使得***处于稳定状态的数据组。
在一个实施例中，根据n个数据组中每个数据组的第一谐振零点、第二谐 振零点和目标带宽点获取***的闭环输出阻抗值，包括：
根据第一谐振零点、第二谐振零点和目标带宽点获取低频闭环输出阻抗幅 度、最大开环频率对应的闭环输出阻抗最大值、闭环输出阻抗最大幅值和闭环 输出阻抗有效值；
按照预设权重对低频闭环输出阻抗幅度、最大开环频率对应的闭环输出阻 抗最大值、闭环输出阻抗最大幅值和闭环输出阻抗有效值进行加权处理，以获 得闭环输出阻抗值。
关于用于Buck电路的补偿方法的具体限定可以参见上文中对于用于Buck 电路的补偿装置的限定，在此不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施 例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而 理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于 本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于Buck电路的补偿装置，其特征在于，包括：
功率传函获取模块，用于获取输入其的Buck电路的功率传递函数的第一谐振极点和第二谐振极点，并输出所述第一谐振极点和所述第二谐振极点；
补偿传函获取模块，用于根据输入其的所述功率传递函数获取所述Buck电路的补偿传递函数，并输出所述补偿传递函数，所述补偿传递函数包括低频增益、第一谐振零点和第二谐振零点；
范围确定模块，所述范围确定模块与所述功率传函获取模块和所述补偿传函获取模块相连，用于根据输入其的所述第一谐振极点确定所述第一谐振零点的取值范围，并根据输入其的所述第二谐振极点确定所述第二谐振零点的取值范围，并输出所述第一谐振零点的取值范围和所述第二谐振零点的取值范围；
第一数据筛选模块，所述第一数据筛选模块与所述范围确定模块相连，用于从输入其的所述第一谐振零点的取值范围、所述第二谐振零点的取值范围和预设目标带宽范围内获取满足预设相位裕度的m个数据组，并输出所述m个数据组，其中，每个所述数据组包括一个所述第一谐振零点、一个所述第二谐振零点和一个目标带宽点，所述m为正整数；
调整模块，所述调整模块与所述第一数据筛选模块相连，用于根据输入其的所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点对所述补偿传递函数的低频增益进行调整，以获得与所述m个数据组中每个所述数据组对应的m个低频增益调整值，并输出所述m个低频增益调整值；
第二数据筛选模块，所述第二数据筛选模块与所述第一数据筛选模块和所述调整模块分别相连，用于根据输入其的所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点、所述目标带宽点和与每个所述数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗最小值，并获取该最小值对应的补偿传递函数作为最优补偿传递函数，并输出所述最优补偿传递函数；
补偿控制模块，所述补偿控制模块与所述第二数据筛选模块相连，用于根据输入其的所述最优补偿传递函数对所述Buck电路进行补偿控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数据筛选模块包括：
第一总相移获取模块，用于根据输入其的所述预设相位裕度确定所述Buck电路的开环传递函数的目标总相移，并输出所述目标总相移；
参数获取模块，所述参数获取模块与所述范围确定模块相连，用于从输入其的所述第一谐振零点的取值范围中获取一个所述第一谐振零点并输出，并从输入其的所述第二谐振零点的取值范围中获取一个所述第二谐振零点并输出；
第一判断模块，所述第一判断模块与所述参数获取模块和所述第一总相移获取模块相连，用于根据输入其的所述第一谐振零点和所述第二谐振零点，判断所述预设目标带宽范围内是否存在目标带宽点使得所述开环传递函数的总相移满足所述目标总相移，如果是，则判定该总相移对应的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点为满足所述预设相位裕度的数据组，并输出所述满足所述预设相位裕度的数据组。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：
增益获取模块，所述增益获取模块与所述第一数据筛选模块相连，用于根据输入其的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点获取所述Buck电路的开环传递函数的增益，并输出所述开环传递函数的增益；
调整子模块，所述调整子模块与所述增益获取模块相连，用于根据输入其的所述开环传递函数的增益对所述补偿传递函数的低频增益进行调整，以使所述开环传递函数的增益为0dB，并输出对应的低频增益调整值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二数据筛选模块包括：
第一数据筛选子模块，所述第一数据筛选子模块与所述第一数据筛选模块和所述调整模块分别相连，用于根据输入其的所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点、所述目标带宽点和与每个所述数据组对应的低频增益调整值，从所述m个数据组中获取使得***处于稳定状态的n个数据组，并输出所述n个数据组，其中，n为正整数；
阻抗计算模块，所述阻抗计算模块与所述第一数据筛选子模块相连，用于根据输入其的所述n个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点获取所述***的闭环输出阻抗值，以获得n个闭环输出阻抗值，并输出所述n个闭环输出阻抗值；
第二数据筛选子模块，所述第二数据筛选子模块与所述阻抗计算模块相连，用于获取输入其的所述n个闭环输出阻抗值的最小值，以获得所述闭环输出阻抗最小值，并输出所述闭环输出阻抗最小值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一数据筛选子模块包括：
第二总相移获取模块，所述第二总相移获取模块与所述第一数据筛选模块和所述调整模块分别相连，用于根据输入其的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点、所述目标带宽点和所述低频增益调整值获取所述Buck电路的开环传递函数的总相移，并输出所述开环传递函数的总相移；
第二判断模块，所述第二判断模块与所述第二总相移获取模块相连，用于判断输入其的所述总相移是否满足Nyquist边界稳定判据，如果是，则判定所述总相移对应的所述数据组为使得所述***处于稳定状态的数据组，并输出所述使得所述***处于稳定状态的数据组。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述阻抗计算模块包括：
第一计算模块，所述第一计算模块与所述第一数据筛选子模块相连，用于根据输入其的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点获取低频闭环输出阻抗幅度、最大开环频率对应的闭环输出阻抗最大值、闭环输出阻抗最大幅值和闭环输出阻抗有效值并输出；
第二计算模块，所述第二计算模块与所述第一计算模块相连，用于按照输入其的预设权重对所述低频闭环输出阻抗幅度、所述最大开环频率对应的闭环输出阻抗最大值、所述闭环输出阻抗最大幅值和所述闭环输出阻抗有效值进行加权处理，以获得所述闭环输出阻抗值，并输出所述闭环输出阻抗值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述低频闭环输出阻抗幅度对应的权重为100，所述最大开环频率对应的闭环输出阻抗最大值对应的权重为2，所述闭环输出阻抗最大幅值对应的权重为1，所述闭环输出阻抗有效值对应的权重为2。
8.一种用于Buck电路的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取Buck电路的功率传递函数的第一谐振极点和第二谐振极点；
根据所述功率传递函数获取所述Buck电路的补偿传递函数，所述补偿传递函数包括低频增益、第一谐振零点和第二谐振零点；
根据所述第一谐振极点确定所述第一谐振零点的取值范围，并根据所述第二谐振极点确定所述第二谐振零点的取值范围；
从所述第一谐振零点的取值范围、所述第二谐振零点的取值范围和预设目标带宽范围内获取满足预设相位裕度的m个数据组，其中，每个所述数据组包括一个所述第一谐振零点、一个所述第二谐振零点和一个目标带宽点，所述m为正整数；
根据所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点对所述补偿传递函数的低频增益进行调整，以获得与所述m个数据组中每个所述数据组对应的m个低频增益调整值；
根据所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点、所述目标带宽点和与每个所述数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗最小值，并获取该最小值对应的补偿传递函数作为最优补偿传递函数；
根据所述最优补偿传递函数对所述Buck电路进行补偿控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点、所述目标带宽点和与每个所述数据组对应的低频增益调整值，获取***的闭环输出阻抗最小值，包括：
根据所述m个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点、所述目标带宽点和与每个所述数据组对应的低频增益调整值，从所述m个数据组中获取使得***处于稳定状态的n个数据组，其中，n为正整数；
根据所述n个数据组中每个所述数据组的所述第一谐振零点、所述第二谐振零点和所述目标带宽点获取所述***的闭环输出阻抗值，以获得n个闭环输出阻抗值；
获取所述n个闭环输出阻抗值的最小值，以获得所述闭环输出阻抗最小值。
10.一种Buck电路，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的补偿装置。
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