JP7106769B2 - 同期buck回路の制御方法、装置、システム及び電子装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2021年03月11日に提出された中国特許出願第2021102636346号(発明の名称:同期BUCK回路の制御方法、装置、システム及び電子装置)の優先権を主張し、そのすべての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
上記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を取得することと、
上記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得することと、
上記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得することと、
上記出力電流が上記オフ電流閾値よりも低い場合、上記同期スイッチをオフ状態に切り換えることと、
上記入力電圧、上記出力電圧及び上記オフ電流閾値から上記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算することと、
上記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、上記同期BUCK回路を制御することと、
を含む制御方法が提供される。
上記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を取得することと、
上記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得することと、
上記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得することと、
上記出力電流が上記オフ電流閾値よりも小さい場合、上記同期スイッチをオフ状態に切り換えることと、
上記入力電圧、上記出力電圧及び上記オフ電流閾値から第1デューティ比の算式により上記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算することと、
上記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、上記同期BUCK回路を制御することと、
を含む制御方法が提供される。
式中、Dは上記メインスイッチのデューティ比を示し、Vinは現在サンプリングの入力電圧を示し、Voutは現在サンプリングの出力電圧を示し、Lは上記同期BUCK回路におけるインダクタンスのインダクタンス量を示し、Ixは上記オフ電流閾値を示し、Tsは上記メインスイッチのオン/オフ周期を示す。
上記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流、並びに上記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得するとともに、上記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得する取得モジュールと、
上記出力電流が上記オフ電流閾値より低い場合、上記同期スイッチをオフ状態に切り換える切換モジュールと、
上記入力電圧、上記出力電圧及び上記オフ電流閾値から上記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算する計算モジュールと、
上記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、上記同期BUCK回路を制御する駆動制御モジュールと、
を含む制御装置が提供される。
上記制御装置は、同期BUCK回路の制御方法を実行するものであり、
上記同期BUCK回路は、メインスイッチ、インダクタンス、同期スイッチ、エネルギ貯蔵コンデンサ及びサンプリング回路を含み、
上記サンプリング回路は、上記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を採取し、上記制御装置に出力し、
上記メインスイッチの第1端子は電源の正極に接続され、第2端子は上記インダクタンスの第1端子に接続され、制御端子は上記制御装置に接続され、
上記同期スイッチの第1端子は上記メインスイッチの第2端子及び上記インダクタンスの第1端子にそれぞれ接続され、第2端子は上記電源の負極に接続され、制御端子は上記制御装置に接続され、
上記インダクタンスの第2端子は上記エネルギ貯蔵コンデンサの正極に接続され、上記エネルギ貯蔵コンデンサの負極は上記電源の負極に接続され、上記エネルギ貯蔵コンデンサの両端は負荷にも並列接続され、
上記同期BUCK回路の制御方法は、
上記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を取得することと、
上記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得することと、
上記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得することと、
上記出力電流が上記オフ電流閾値よりも低い場合、上記同期スイッチをオフ状態に切り換えることと、
上記入力電圧、上記出力電圧及び上記オフ電流閾値から上記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算することと、
上記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、上記同期BUCK回路を制御することと、
を含む同期BUCK回路システムが提供される。
式中、Dはメインスイッチのデューティ比であり、Vinは現在サンプリングの入力電圧であり、Voutは現在サンプリングの出力電圧であり、Lは同期BUCK回路におけるインダクタンスのインダクタンス量であり、Ixはオフ電流閾値であり、TsはメインスイッチQ1のオン/オフ周期である。
[数3]
U(n)=A1U(n-1)+…+AiU(n-i)+B1E(n)+B2E(n-1)+…+BjE(n-j)
式中、Uはデューティ比又はデューティ比を求めるための中間量を示し、nは現在のサンプリングを示し、n-1は一回前のサンプリングを示し、Eは出力電圧と基準電圧との偏差を示し、i及びjはいずれも2以上の整数を示し、A1、Ai、B1、B2及びBjはそれぞれ対応する項のゲイン係数を示す。理解できるように、いずれかの項が存在しない場合、この項のゲイン係数が0であり、即ち、差分方程式の出力がこの項に影響されないことを示す。
ステップS210:同期スイッチQ2がオン状態にあり、且つ上記出力電流が上記オフ電流閾値以上である場合、同期スイッチQ2の現在の状態を維持する。
[数4]
U(n)=U(n-1)+B1E(n)+B2E(n-1)+B3E(n-2)
式中、U(n)は現在出力されるデューティ比を計算するための中間量を示し、制御電圧であり、U(n-1)は一回前の出力、即ち、一回前の履歴中間量を示し、E(n)は現在サンプリングの出力電圧と基準電圧との偏差値を示し、E(n-1)及びE(n-2)はそれぞれ一回前及び二回前の履歴偏差値を示す。
式中、Dはメインスイッチのデューティ比を示し、Vinは現在サンプリングの入力電圧を示し、Voutは現在サンプリングの出力電圧を示す。
例示的には、上記第1デューティ比の算式又は第2デューティ比の算式によりデューティ比を計算する際に、この場合のデューティ比は算式により直接算出されたものであるため、このデューティ比に基づいて離散領域差分方程式の調整可能な変数に値を割り当てる(例えば、履歴出力値U(n-1)、……、U(n-i)など)。
Claims (20)
- 同期BUCK回路の制御方法であって、
前記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を取得することと、
前記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得することと、
前記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得することと、
前記出力電流が前記オフ電流閾値よりも低い場合、前記同期スイッチをオフ状態に切り換えることと、
前記入力電圧、前記出力電圧及び前記オフ電流閾値から前記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算することと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することと、
を含むことを特徴とする、方法。 - 前記同期スイッチがオフ状態にある場合、オン電流閾値を取得することと、
前記出力電流が前記オン電流閾値よりも高い場合、前記同期スイッチをオン状態に切り換えることと、
前記入力電圧及び前記出力電圧から前記メインスイッチのデューティ比を計算することと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記同期BUCK回路は、ループ補償モジュールをさらに含み、
前記ループ補償モジュールには、前記メインスイッチのデューティ比又は前記デューティ比を求めるための中間量を確定するために対応する離散領域差分方程式が構築され、
前記方法は、
前記同期スイッチがオン状態にあり、且つ前記出力電流が前記オフ電流閾値以上である場合、前記同期スイッチの現在の状態を維持することと、
前記出力電圧と基準電圧との偏差から前記離散領域差分方程式により前記メインスイッチのデューティ比又は前記デューティ比を求めるための中間量を計算することと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御し、或いは前記中間量からデューティ比を求めた後、前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。 - 前記同期スイッチがオフ状態にあり、且つ前記出力電流が前記オン電流閾値以下である場合、前記同期スイッチの現在の状態を維持することと、
前記出力電圧と基準電圧との偏差から前記離散領域差分方程式により前記メインスイッチのデューティ比又は前記デューティ比を求めるための中間量を計算することと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御し、或いは前記中間量からデューティ比を求めた後、前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 前記離散領域差分方程式は下式である:
[数3]
U(n)=A1U(n-1)+…+AiU(n-i)+B1E(n)+B2E(n-1)+…+BjE(n-j)
式中、Uはデューティ比又は前記デューティ比を算出するための中間量を示し、nは現在のサンプリングを示し、n-1は一回前のサンプリングを示し、Eは力電圧と基準電圧との偏差を示し、i及びjはいずれも2以上の整数を示し、A1、Ai、B1、B2及びBjはそれぞれ対応する項のゲイン係数を示す
ことを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 前記入力電圧、前記出力電圧及び前記オフ電流閾値から前記メインスイッチのデューティ比を計算するステップの後には、
調整後の離散領域差分方程式の出力値が前記デューティ比又は前記デューティ比を算出するための中間量となるように、算出された前記メインスイッチのデューティ比に基づいて前記離散領域差分方程式における変数を調整することをさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 前記入力電圧及び前記出力電圧から前記メインスイッチのデューティ比を計算するステップの後には、
調整後の離散領域差分方程式の出力値が前記デューティ比又は前記デューティ比を算出するための中間量となるように、算出された前記メインスイッチのデューティ比に基づいて前記離散領域差分方程式における変数を調整することをさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 前記ループ補償モジュールは、PI制御、PD制御又はPID制御を用いたループコントローラを含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 同期BUCK回路の制御方法であって、
前記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を取得することと、
前記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得することと、
前記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得することと、
前記出力電流が前記オフ電流閾値よりも低い場合、前記同期スイッチをオフ状態に切り換えることと、
前記入力電圧、前記出力電圧及び前記オフ電流閾値から第1デューティ比の算式により前記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算することと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することと、を含み、
式中、Dは前記メインスイッチのデューティ比を示し、Vinは現在サンプリングの入力電圧を示し、Voutは現在サンプリングの出力電圧を示し、Lは前記同期BUCK回路におけるインダクタンスのインダクタンス量を示し、Ixは前記オフ電流閾値を示し、Tsは前記メインスイッチのオン/オフ周期を示す
ことを特徴とする、方法。 - 同期BUCK回路の制御装置であって、
前記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流、並びに前記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得するとともに、前記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得する取得モジュールと、
前記出力電流が前記オフ電流閾値より低い場合、前記同期スイッチをオフ状態に切り換える切換モジュールと、
前記入力電圧、前記出力電圧及び前記オフ電流閾値から前記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算する計算モジュールと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御する駆動制御モジュールと、
を含むことを特徴とする、制御装置。 - 前記取得モジュールはまた、前記同期スイッチがオフ状態にある場合、オン電流閾値を取得し、
前記切換モジュールはまた、前記出力電流が前記オン電流閾値よりも高い場合、前記同期スイッチをオン状態に切り換え、
前記計算モジュールはまた、前記入力電圧及び前記出力電圧から前記メインスイッチのデューティ比を計算し、
前記駆動制御モジュールはまた、前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することを特徴とする、請求項12に記載の制御装置。 - 前記同期BUCK回路は、ループ補償モジュールをさらに含み、
前記ループ補償モジュールには、前記メインスイッチのデューティ比又は前記デューティ比を求めるための中間量を確定するために、対応する離散領域差分方程式が構築され、
前記切換モジュールはまた、前記同期スイッチがオン状態にあり、且つ前記出力電流が前記オフ電流閾値以上である場合、前記同期スイッチの現在の状態を維持し、
前記計算モジュールはまた、前記出力電圧と基準電圧との偏差から前記離散領域差分方程式により前記メインスイッチのデューティ比又は前記デューティ比を求めるための中間量を計算し、
前記駆動制御モジュールはまた、前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御し、或いは前記中間量からデューティ比を求めた後、前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することを特徴とする、請求項14に記載の制御装置。 - 前記離散領域差分方程式は、下式である:
[数7]
U(n)=A1U(n-1)+…+AiU(n-i)+B1E(n)+B2E(n-1)+…+BjE(n-j)
式中、Uはデューティ比又は前記デューティ比を算出するための中間量を示し、nは現在のサンプリングを示し、n-1は一回前のサンプリングを示し、Eは出力電圧と基準電圧との偏差を示し、i及びjはいずれも2以上の整数を示し、A1、Ai、B1、B2及びBjはそれぞれ対応する項のゲイン係数を示す
ことを特徴とする、請求項16に記載の制御装置。 - 前記計算モジュールは、前記入力電圧、前記出力電圧及び前記オフ電流閾値から前記メインスイッチのデューティ比を計算した後、或いは前記入力電圧及び前記出力電圧から前記メインスイッチのデューティ比を計算した後に、さらに、
調整後の離散領域差分方程式の出力値が前記デューティ比又は前記デューティ比を算出するための中間量となるように、算出された前記メインスイッチのデューティ比に基づいて前記離散領域差分方程式における変数を調整することを特徴とする、請求項16に記載の制御装置。 - 同期BUCK回路及び制御装置を含む同期BUCK回路システムであって、
前記制御装置は、同期BUCK回路の制御方法を実行するものであり、
前記同期BUCK回路は、メインスイッチ、インダクタンス、同期スイッチ、エネルギ貯蔵コンデンサ及びサンプリング回路を含み、
前記サンプリング回路は、前記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を採取し、前記制御装置に出力し、
前記メインスイッチの第1端子は電源の正極に接続され、第2端子は前記インダクタンスの第1端子に接続され、制御端子は前記制御装置に接続され、
前記同期スイッチの第1端子は前記メインスイッチの第2端子及び前記インダクタンスの第1端子にそれぞれ接続され、第2端子は前記電源の負極に接続され、制御端子は前記制御装置に接続され、
前記インダクタンスの第2端子は前記エネルギ貯蔵コンデンサの正極に接続され、前記エネルギ貯蔵コンデンサの負極は前記電源の負極に接続され、前記エネルギ貯蔵コンデンサの両端は負荷にも並列接続され、
前記同期BUCK回路の制御方法は、
前記同期BUCK回路の入力電圧、出力電圧及び出力電流を取得することと、
前記同期BUCK回路における同期スイッチの現在の状態を取得することと、
前記同期スイッチがオン状態にある場合、オフ電流閾値を取得することと、
前記出力電流が前記オフ電流閾値よりも低い場合、前記同期スイッチをオフ状態に切り換えることと、
前記入力電圧、前記出力電圧及び前記オフ電流閾値から前記同期BUCK回路におけるメインスイッチのデューティ比を計算することと、
前記デューティ比に基づいて対応する駆動信号を生成し、前記同期BUCK回路を制御することと、
を含むことを特徴とする、同期BUCK回路システム。 - 請求項19に記載の同期BUCK回路システムを含む電子装置。
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