[發(fā)明專利]一種BUCK變換器的非奇異終端滑模硬件控制電路及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711395057.6
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107994771B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 續(xù)丹;馬光亮;王斌;張樂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張弘

一種BUCK變換器的非奇異終端滑模硬件控制電路及控制方法，包括：直流電源、BUCK變換器、功率負載、參考電壓模塊、功率開關(guān)、加法器、減法器、微分器、指數(shù)電路、第一滯環(huán)比較器、第二滯環(huán)比較器和比例運算放大器；第二滯環(huán)比較器根據(jù)滑模面函數(shù)S計算值來決定高低電平輸出：當S小于?h時，第二滯環(huán)比較器輸出高電平，BUCK變換器中的功率開關(guān)導(dǎo)通；當S大于h時，第二滯環(huán)比較器輸出低電平，BUCK變換器中的功率開關(guān)關(guān)斷。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明BUCK直流變換器硬件控制電路結(jié)構(gòu)簡單，避免了控制器的使用與復(fù)雜編程，在提升系統(tǒng)可靠性的同時增加系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直流變換器控制領(lǐng)域，涉及一種BUCK變換器的非奇異終端滑模硬件控制電路及控制方法。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，各種集成電路負載對DC-DC變換器供電模塊的負載瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度要求越來越高。負載突變將引起DC-DC變換器輸出電壓大幅波動，嚴重影響負載的工作品質(zhì)，甚至導(dǎo)致負載無法正常工作，造成無可挽回的經(jīng)濟損失。另外輸出電壓大范圍快速變化的燃料電池、太陽能電池等電源設(shè)備的輸出不能直接滿足負載要求的直流電壓。因此，DC-DC變換器有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的應(yīng)用前景。

DC-DC變換器本質(zhì)上是一個非線性時變系統(tǒng)，傳統(tǒng)的線性控制器難以實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)速度，需要采用非線性控制技術(shù)克服線性控制技術(shù)的不足。滑模控制以穩(wěn)定性強、魯棒性強、動態(tài)響應(yīng)快速和執(zhí)行簡單等優(yōu)點受到極大關(guān)注，但是目前為止，大多數(shù)滑模控制采用線性滑模面，系統(tǒng)對輸出電壓變化的瞬態(tài)響應(yīng)不佳，不能在有限時間內(nèi)達到收斂。為解決收斂問題，終端滑模控制采用的非線性滑模面函數(shù)有效縮短了收斂時間，但其面臨的奇異問題需要另行設(shè)計新的滑模面進行克服。

非奇異終端滑模控制策略可有效克服奇異問題帶來的不利影響，但是其策略實現(xiàn)需要借助電壓采集模塊以及電流采集模塊進行電壓、電流采集，另外在對采集的信息處理后，不可避免的要以復(fù)雜編程的形式通過ARM控制器實現(xiàn)控制策略，這種通過軟硬件結(jié)合實現(xiàn)控制策略的方式不僅需要進行繁瑣的編程工作，而且硬件成本也會大大增加。目前還沒有非奇異終端滑模策略能夠?qū)崿F(xiàn)純硬件電路控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種BUCK變換器的非奇異終端滑模硬件控制電路及控制方法，并以純硬件電路實現(xiàn)BUCK變換器的非奇異終端滑模控制。本發(fā)明的非奇異終端滑模硬件控制電路不僅能有效保證BUCK變換器的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度，還避免了電壓、電流采集模塊以及控制器的使用，在降低控制復(fù)雜性的同時，有效提高控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性。

為實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種BUCK變換器的非奇異終端滑模硬件電路，包括：直流電源、BUCK變換器、功率負載R、參考電壓模塊、功率開關(guān)SW1、加法器、減法器、微分器、指數(shù)電路、第一滯環(huán)比較器A、第二滯環(huán)比較器B和比例運算放大器；所述的直流電源輸出端連接BUCK變換器第一接口，直流電源輸入端連接BUCK變換器第三接口，BUCK變換器第二接口和第四接口分別連接功率負載R的輸入端和輸出端；功率負載R的輸入端分別連接微分器輸入端和減法器反相輸入端；參考電壓模塊連接減法器同相輸入端，減法器輸出端連接加法器輸入端；微分器輸出端連接第一滯環(huán)比較器A的輸入端和功率開關(guān)SW1的漏極，功率開關(guān)SW1的源極連接指數(shù)電路輸入端，第一滯環(huán)比較器A的輸出端連接功率開關(guān)SW1的柵極；指數(shù)電路輸出端連接比例運算放大器輸入端，比例運算放大器輸出端連接加法器輸入端；加法器輸出端連接第二滯環(huán)比較器B的輸入端，第二滯環(huán)比較器B的輸出端連接BUCK變換器第五接口。

所述的BUCK變換器由功率開關(guān)SW2、電感L、二極管D和電容C組成，功率開關(guān)SW2的漏極連接BUCK變換器第一接口，源極連接電感L和二極管D一端，電感L兩端分別連接功率開關(guān)SW2源極、BUCK變換器第二接口，二極管D兩端分別連接功率開關(guān)SW2源極、BUCK變換器第三接口，電容C兩端分別連接第二、第四接口。