[發明專利]一種Boost變換器的滯環控制方法

無效

• 申請號: 201310296338.1
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103346663A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 趙晉斌;劉永曉
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M3/07
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種直流變換控制方法，特別涉及一種Boost變換器的滯環控制方法。

背景技術

直流-直流變流電路的功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。直接直流變流電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變換為另一固定電壓或可調電壓的直流電，種類較多主要包括Buck，Boost，Buck-Boost等斬波電路。Boost電路輸出電壓高于輸入電壓，作為一種基本的DC/DC變換器，已廣泛地應用于如混合動力汽車、航空電源、新能源開發等各類直流升壓場合。隨著應用場合的逐漸增多，對Boost變換器性能指標的要求也隨之提高。針對于Boost控制電路，如果以輸出電容的電壓作為輸出量進行反饋控制時，Boost變換器是一個非最小相位系統，因此采用傳統的控制方法會導致系統帶寬較窄，動態響應緩慢，無法滿足當前對Boost變換器性能指標的苛刻要求。

傳統型PWM電壓控制方法中，必須使用運算放大器和三角載波產生電路以及其它補償電路，這些易造成直流-直流變換器的制造成本上升，難以實現小型化和輕量化；運算放大器的誤差特性將嚴重影響控制電路的性能。這樣設計者在解決運算放大器的穩定問題時，必須耗費大量的時間和人力物力；以輸出電容的電壓作為輸出量進行反饋控制時，Boost變換器是一個非最小相位系統，采用傳統的控制方法會導致系統帶寬較窄，動態響應緩慢，無法滿足當前對Boost變換器性能指標的苛刻要求；傳統滯環控制在負載躍升或躍降時能夠快速響應進行調節，具有良好的動態調節性能，但所需控制器件較多；傳統滯環控制負載變化易引起主電路開關頻率的變化，給電磁兼容設計帶來困難，易引起電磁干擾問題。

發明內容

本發明是針對傳統Boost控制方法難以滿足對其諸如快速調節，良好動態調節性能等效果的問題，提出了一種Boost變換器的滯環控制方法，是一種基于電容充放電特性的滯環控制方法，使用該方法的控制電路不僅所需器件較少，有利于滿足變換器的輕小薄要求，易于集成，功率密度高；而且在動態響應特性中，該控制電路在負載躍升和躍降時超調量好和收斂時間均優于傳統PWM控制電路。同時具有較寬的功率輸出范圍，彌補了常規滯環控制的變頻問題，具有準恒頻特性。

本發明的技術方案為：一種Boost變換器的滯環控制方法，具體包括如下步驟：

1）建立Boost變換器的滯環控制電路：電感串聯第一開關管后并聯在輸入電壓兩端，電感和第一開關管連接點通過第二開關管與并聯的濾波電容和負載接輸入電壓負極，第一和第二開關管控制極接驅動電路輸出，負載輸出電壓經過串聯的反饋調整電阻和充電電容接地，充電電容電壓接滯環比較器反相輸入端，滯環比較器輸出端和反相輸入端之間接支路電阻，滯環比較器輸出端通過經比例控制環節再通過第二電阻接同相輸入端，參考電壓通過第一電阻接滯環比較器同相輸入端，滯環比較器輸出接驅動電路輸入；

2）計算滯環比較器低閥值電壓V_L和高閾值電壓V_H：

，

，其中為參考電壓，R₁?、R₂分別為第一、第二電阻，k為比例控制環節中比例系數；

3）計算驅動電路輸出PWM信號開關周期：

，

，

，

其中，，R_f為反饋調整電阻，R為支路電阻,C為充電電容值，為負載輸出電壓，V_i為輸入電壓。

本發明的有益效果在于：本發明Boost變換器的滯環控制方法，負載電流變化范圍較大時，輸出電壓仍能保持恒定，具有較好的負載調節能力，具有寬輸出電流范圍；只需要一個滯環比較器和反饋電阻，控制電路器件大大減少，電路拓撲結構簡單，利于集成，功率密度高；沒有使用誤差放大器，沒有反饋相位延遲，完全不需要相位補償電路，電路設計簡單，無需耗費較大的人力物力；負載發生躍升或躍降時，能夠以較快的調節時間和較小的超調量達到較好的動態調節，調節后仍具有較好的穩態性能；與傳統型Boost直流轉換器相比，所提出的滯環控制方法可實現Boost直流轉換器輸入輸出高速瞬態響應、小型、低成本、高效率的要求；所提出滯環控制可彌補傳統PWM控制方法動態響應性能不足和常規滯環控制的變頻問題，具有準恒頻特性，方便電磁兼容設計，不易引起電磁干擾問題。

附圖說明

圖1為傳統PWM控制電路圖；