[發明專利]一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法

有效

• 申請號: 201710818644.5
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107612314B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 楊磊;吳斌;同向前;宋輝;劉普
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/08
• 代理公司: 61214 西安弘理專利事務所
• 代理人: 楊璐

本發明公開了一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法，能實現對大功率的雙開關升壓開關電容變換器的控制，在這種控制方法中，開關管S₁的導通時間t_on是固定的，開關管S₁的單周期時間T_S是變化的，雙開關升壓開關電容變換器的輸入電壓V_in、單周期時間[T_S＝t_on+t_off]和輸出電壓V_o都包含在核心控制算法中，能通過改變開關頻率來瞬時抑制輸入電壓V_in和輸出負載中的外界干擾；另外，可通過設置小于開關電容充電回路固定時間常數τ的開關管S₁的導通時間t_on來避免不同控制信號之間的重疊，因為可復位積分器的作用，當前的周期的狀態量和歷史周期的狀態量無關，從而可實現快速的動態響應。

技術領域

本發明屬于非線性控制方法技術領域，具體涉及一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法。

背景技術

開關電容變換器是開關電源的一個重要分支，其電路僅由電容和開關管組成，與傳統的感性電源變換器相比，具有質量輕、體積小、高電量密度和較小EMI等優點。相較于感性開關電源變換器其集成更容易實現，現已被廣泛的用作為LED照明系統、平板電腦、手機、電動汽車、太陽能發電系統和醫學可植入設備等的供電電源。但是，限制開關電容變換器得到更廣泛應用甚至取代傳統感性開關變換器的一個重要因素是其控制方法的局限性。

對于大功率開關電容變換器，由于其比較大的輸入電流尖峰和各個元器件高的電壓和電流應力，其輸出電壓的調制將會更加困難。目前，對于大功率開關電容變換器研究主要集中在電路拓撲結構的研究。但是，相關控制方法的研究卻沒有得到足夠的重視，其對于開關電容變換器的輸出電壓精度具有很大影響。在過去，為了獲得高的能量轉換效率和低的成本，開關電容變換器通常使用最簡單的開環控制方法。

開關電容變換器的輸出電壓是固定的，僅由其本身的拓撲結構決定輸出電壓增益。開環控制方法所控制的開關電容變換器成本較低且易于實現。在開關電容變換器的充電回路和放電回路中加入感性元器件可使傳統的開關電容變換器變成諧振式的開關電容變換器即諧振式開關電容變換器。引入感性元器件是為了能夠應用軟開關技術來減小充電電流的尖峰和提高開關電容變換器的能量轉換效率。諧振式開關電容變換器的控制將會很困難。根據能量守恒瞬時計算模型和電流應力估計，結合固定頻率的PI控制方法，雙開關升壓開關電容變換器獲得了對輸出電壓的調制。但是，其輸出電壓調制精度還不夠高，對外界干擾的動態響應速度較慢。若采用非線性的變頻控制方法，其將會獲得更好的調制效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法，能提高大功率開關電容變換器的動態響應速度，其所控制的大功率開關電容變換器具有很好的線性和負載調制效果。

本發明所采用的技術方案是，一種用于大功率開關電容變換器變頻單周期控制方法，具體按照以下方法實施：

基于電容充電和放電的實時安秒平衡法則，在一個周期T_s＝t_on+t_off內，電容C_1b的充電電量和放電電量守恒，其表達式如下：

Q_charge+Q_discharge＝I_ch(tt_on+I_o(t(t_on+t_off (1)；

式(1)中：I_ch(t)是電容C_1b的實時充電電流，I_o(t)是是開關電容變換器的實時輸出電流，t_on和t_off分別是電容C_1b的充電時間和放電時間；