基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制方法及系統與流程

本發明屬于數字電源設計技術領域，尤其涉及一種基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制方法及系統。

背景技術：

得益于集成電路技術的高速發展，數字電源逐步開始替代模擬電源。相對于模擬電源，數字電源具有適應性強靈活度高、可編程控制算法、高集成度等優點，因此數字電源的控制算法具有很高的提升潛力。

對于大多數電源來說，其負載具有很強的未知性，因此其閉環控制算法具有很強的適應性，造成了其缺乏針對性的問題，并不能很好的滿足特殊負載下的工作要求。特別是類似于發射機的行波管負載，其工作狀態在重載與輕載間高頻率更替，并且其自身的特性造成系統閉環控制器只適合采集電壓反饋參數，電流參數獲取困難或不準確，導致普通的控制算法響應速度不夠快的劣勢在工作中經常出現，比如在施加輻射初始時電壓恢復速度慢，當調節參數照顧到響應速度時，輻射過程中抖動會加劇等，很難照顧到系統的方方面面。因此需要設計了一種修正控制方式來提高響應速度。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制方法及系統，用于解決行波管負載的控制中，在滿足性能的提示，提高電源響應速度、減少電壓波動。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制方法，其包括

首先得到不同模擬負載狀態下的電源輸出功率與控制量的關系；

將多組脈沖信號依次輸入到控制系統，得到相應的脈沖負載與控制量的關系；

根據電源輸出功率與控制量關系及脈沖負載與控制量關系得到不同脈沖負載下控制量的調整范圍及控制量標準值；

根據所述調整范圍及控制量標注值對閉環控制系統運算結果進行修正。

進一步的，在開環控制系統下得到所述電源輸出功率與控制量的關系。

進一步的，得到所述關系的過程為將模擬負載的電源輸出功率以一定幅度依次增加。

進一步的，控制范圍的上限與控制量標準值的差值不小于控制范圍的下限與控制量標準值的差值。

本發明還提供了一種基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制系統，其包括

負載模塊；

脈沖信號發送模塊，用于發送脈沖負載信號；

功率電路模塊，用于為負載提供電源，并輸出電源電壓反饋信號；

數字控制模塊，數字控制模塊接收脈沖負載信號及電源電壓反饋信號，根據脈沖負載信號及電源電壓反饋信號輸出控制信號用于控制功率電路模塊輸出給負載的電源。

本發明的基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制系統電路相對傳統閉環控制器主要增加了prf信號檢測電路、數字運算控制電路：

①prf信號檢測電路用于采集輻射的脈沖信號，并根據運算器采集引腳的電氣特性將其轉換至合適的電平，防止損壞運算器；

②運算控制電路具有脈沖信號檢測功能和較高的運算能力；

系統投入工作前，首先在不同強度的脈沖負載工況下，將穩態的控制信號做標定記錄，然后將結果寫入存儲器中。控制器工作時會檢測到傳遞過來的脈沖prf信號，并在一個負載周期內計算出負載強度，根據之前標定的數據選擇對應的控制信號標定結果，直接傳送至驅動控制器中，提高系統的響應速度。

本發明的基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制方法及系統具有以下優點：

1、自動測定負載強度；

2、根據測定負載狀況來補償控制策略，使電源響應速度快，電壓波動小；特別適合用在發射機高壓電源或類似的可預知脈沖負載電源中。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。

圖1為本發明一實施例的有修正的控制器原理圖。

圖2為本發明一實施例的控制算法流程圖。

圖3為本發明一實施例的無修正控制算法仿真曲線圖。

圖4為本發明一實施例的有修正控制算法仿真曲線圖。

具體實施方式

為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。

本發明的基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制系統，如圖1所示，其包括負載模塊；脈沖信號發送模塊，用于發送脈沖負載信號；功率電路模塊，用于為負載提供電源，并輸出電源電壓反饋信號；數字控制模塊，數字控制模塊接收脈沖負載信號及電源電壓反饋信號，根據脈沖負載信號及電源電壓反饋信號輸出控制信號用于控制功率電路模塊輸出給負載的電源。

本發明中基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制系統的修正控制方法步驟參見圖2，包括：

首先進行控制系統的開環功率測試，用負載模塊模擬行波管負載下，通過數字控制模塊調整控制信號使控制系統穩定工作在行波管額定工作值，記錄該狀態下的控制信號數值；

之后發送多種脈沖信號并通過脈沖信號(prf，pulserecurrencefrequency)檢測電路調整不同頻率和占空比的負載，進行多次的測試，最終得到不同頻率及占空比下控制系統穩定工作的控制信號對應表，將對應表作為控制量標準值(標準庫)嵌入到數字控制器的某存儲區域內；

然后電源啟動工作后，數字控制器檢測到prf觸發的中斷，然后捕捉其相鄰的上升沿信號與下降沿信號間的數值以及相鄰的兩個上升沿之間的數值，通過計算兩值之間的占空比即可得到當前負載的輕重；

最后將測得的負載程度與標準庫中的對應結果做比較，將標準庫中的對應的控制信號賦予驅動數字控制器，數字控制器在此基礎上再進行穩壓控制。

上述控制方式是通過測試prf信號，對控制系統進行了限制修正的工作。

下面以一具體案例進行舉例說明，假設行波管工作額定電壓10kv，最大工作功率1kw，脈沖工作信號占空比在1％-5％(1％，2％，3％，4％，5％五種工作狀態)之間。首先，在開環功率測試，斷開功率電路閉環控制回路，使用可調模擬負載替代行波管負載：

1)將模擬負載調整至最小狀態下，從零開始逐步提高數字控制器輸出的控制量，當輸出電壓穩定在行波管負載額定工作電壓時，記錄此狀態下控制量的數值；

2)提高可調模擬負載至行波管最大功率的10％，此時功率電路輸出電壓被拉低，逐步提高數字控制器輸出的恒定控制量，當輸出電壓穩定在行波管額定工作電壓時，記錄此狀態下控制量的數值；

3)重復2中的操作，以行波管最大工作功率的10％為步長，依次提高模擬負載，并逐步提高數字控制器輸出的恒定控制量，當輸出電壓穩定在行波管額定工作電壓時，記錄相應狀態下控制量的數值，直至測試至最大功率。

之后進行脈沖信號占空比及對應功率測試，連接功率電路與數字控制器形成閉環控制回路，脈沖信號給定控制系統正常工作狀態下時不同的占空比信號，并測定該占空比下控制信號量的數值。

將上述兩組測試結果統計記錄，如下表：

通過上述步驟可以得到控制量與占空比大致的對應關系及趨勢，將行波管每種工作狀態對應的控制量范圍做近似估測，得到控制量標準庫數據，如下：

以占空比為1％時為例，其控制量范圍確定如下：閉環測試下，當控制系統負載的占空比為1％時，控制量信號穩定在10.5左右，現實情況下控制系統會受到外界環境條件的影響，提高或者降低電源的性能，這時要通過實際經驗與實驗來確定外界環境對系統的影響程度，再根據開環測試得到的控制量與輸出功率對應關系，來確定控制量范圍。例如近似認為20％-30％這段控制量與輸出功率為線性關系，那么控制量達到11.5時，輸出功率已經可以到25％的額定功率，預留出的控制余量足矣應對各種外界環境對系統造成的功率衰減。標準實驗室環境下通常位于控制系統較為適宜的工作環境，即效率較高的工作環境，因此其控制范圍下限通常比較接近控制量的標準值，不宜偏離過大，留出過多的余量，因此控制范圍的上限與控制量標準值的差值不小于控制范圍的下限與控制量標準值的差值，如占空比為4％，控制量范圍上限與標準值的差值為(35-33.5)不小于控制量范圍下限與標準值的差值為(32.5-33.5)。

在將上述控制量標準值嵌入到數字控制器控制算法中，當數字控制器檢測到脈沖信號時，數字控制器會計算出當前脈沖信號的占空比，并找到對應的控制量標準值，將其輸出至功率電路，然后進入至閉環穩壓控制算法，當經過控制算法得到的新控制量超過對應的控制量范圍時，控制量取控制量范圍的邊界值。

參見圖3和圖4即分別為未采用本發明的修正控制方法和采用本發明的修正控制方法的仿真圖，通過對比附圖3與附圖4可見，在增加修正控制算法以后，控制系統在第一時間調整至相對合適的控制量輸出，而沒有增加修正控制算法的附圖3中，控制量是通過閉環控制算法逐步增加至相應位置(圖3中上圖的初始位置)，顯然響應速度較修正后的偏慢(參見圖4上圖的初始位置，直接達到控制量)；其次，經過修正后的控制算法，其控制量的波動的明顯減小，圖3中的波形中峰值與峰谷差值明顯大于圖4，相應的輸出電壓文波也減小，當標定結果越精細時，其效果越明顯。在圖3和圖4中，由上至下分別為控制信號、電壓、脈沖負載。

本發明的基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制系統電路相對傳統閉環控制器主要增加了prf信號檢測電路、數字運算控制電路：

①prf信號檢測電路用于采集輻射的脈沖信號，并根據運算器采集引腳的電氣特性將其轉換至合適的電平，防止損壞運算器；

②運算控制電路具有脈沖信號檢測功能和較高的運算能力；

系統投入工作前，首先在不同強度的脈沖負載工況下，將穩態的控制信號做標定記錄，然后將結果寫入存儲器中。控制器工作時會檢測到傳遞過來的脈沖prf信號，并在一個負載周期內計算出負載強度，根據之前標定的數據選擇對應的控制信號標定結果，直接傳送至驅動控制器中，提高系統的響應速度。

本發明的基于脈沖信號檢測的數字電源穩壓修正控制方法及系統具有以下優點：

1、自動測定負載強度；

2、根據測定負載狀況來補償控制策略，使電源響應速度快，電壓波動小；特別適合用在發射機高壓電源或類似的可預知脈沖負載電源中。

以上所述，僅為本發明的最優具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。