[發明專利]一種DC-DC變換器及其控制方法

有效

• 申請號: 201210106830.3
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102638163A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 熊東;劉曉明;宋寧帥;黎小嬌;陳千;黃智勇;仲元紅;歐靜蘭;吳皓威;胡磊;但成福;陳磊;陳佳;唐盟;阮小飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電源控制技術，具體地說是一種DC-DC變換器及其控制方法。

背景技術

當今世界進入電子信息時代，電力電子產業飛速發展，電源作為電子產業的基礎，已成為一個重要的研究領域。DC-DC變換器又稱開關電源，它可以將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，按照目前的習慣，開關電源專指電力電子器件工作在高頻開關狀態下的直流電源。其廣泛應用于無軌電車、地鐵、列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制具有加速平穩、快速響應的性能，并同時收到節約電能的效果。開關電源不僅能起到調壓的作用，同時還能起到有效抑制電網側諧波電流噪聲的作用。鑒于上述特性，DC-DC變換器目前受到越來越多的人重視，并提出了很多控制方法。

但現有技術的缺點是：現有的DC-DC變換器大多采用模擬電路控制，電路結構龐大，設備重，成本高，且模擬元件的穩定性不好。也有少數DC-DC變換器采用數字電路控制，往往選用DSP芯片，但是控制方法比較單一，要么僅僅采用PID控制，導致控制精度不高；要么僅僅采用模糊控制，導致控制時間較長。

發明內容

本發明的目的是提供一種DC-DC變換器，采用單片機搭建的數字電路進行控制，克服模擬電路控制時存在的諸多缺點，同時采用前饋型電壓控制與模糊控制相融合的方法，既保證了控制時間，又保證了控制精度，提高了設備的可靠性。

為達到上述目的，本所采用的技術方案如下：

一種DC-DC變換器，由開關管Q、二極管D、電感L、電容C、采樣電阻R、單片機以及驅動電路組成，其中：開關管Q的一端為直流電源Ui的正極輸入端，開關管Q的另一端連接在二極管D的負端上，該二極管D的正端為直流電源Ui的負極輸入端，所述二極管D的負端還與電感L的一端連接，該電感L的另一端與電容C的一端相連，電容C的另一端與采樣電阻R的一端連接，采樣電阻R的另一端連接在二極管D的正端上，負載RL連接在電容C的一端與二極管D的正端之間，在單片機上連接有三路采樣電路，第一采樣電路用于采集采樣電阻R上的電壓值A₁，第二采樣電路用于采集負載RL上的電壓值A₂，第三采樣電路用于采集直流電源Ui的輸入電壓值A₃，單片機的輸出端P₁與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端連接在開關管Q的驅動端上，驅動電路接收單片機輸出的PWM信號并控制開關管Q的工作狀態。

利用單片機搭建而成的數字電路來代替普通模擬電路工作，控制開關管Q的工作狀態，單片機通過采集采樣電阻R上的電壓值A₁、負載RL上的電壓值A₂以及直流電源Ui的輸入電壓值A₃來判定電路中的各種參數是否發生變化，從而確定輸出PWM信號的占空比，通過PWM信號驅動開關管Q，不同暫空比的PWM信號對應不同的開關狀態，最終使得DC-DC變化器維持在理想的輸出電壓下。

結合上述電路結構，該DC-DC變換器的具體控制方法如下：

步驟一：單片機初始化，設定輸出電壓目標值Uo、PWM信號頻率值f、PWM信號占空比值d以及模糊控制表；

所述模糊控制表中的變量由電壓誤差等級電壓誤差增量等級以及模糊控制量m組成；

步驟二：連接直流電源Ui和負載RL，單片機以時間間隔Δt周期性獲取采樣電阻R上的電壓值A₁、負載RL上的電壓值A₂以及直流電源Ui的輸入電壓值A₃；

步驟三：單片機計算輸入電壓微分值c、電容電流值I、以及輸出電壓誤差值e，其中：

A₃為直流電源Ui當前時刻輸入電壓值，A′₃為直流電源Ui上一時刻的輸入電壓值，Δt為兩時刻之間的時間間隔；

r為采樣電阻R的電阻值，A₁為當前時刻采樣電阻R的電壓值；

e＝A₂-Uo，A₂為當前時刻負載RL上的電壓值A₂，Uo為輸出電壓目標值；

步驟四：判定輸入電壓微分值c的范圍；

如果c₁≤c≤c₂，則進入步驟五；

如果c＜c₁，則設置占空比d＝d+βd，返回步驟二；

如果c＞c₂，則設置占空比d＝d-βd，返回步驟二；