[發明專利]一種用于非反相Buck-Boost變換器的無擾控制方法在審

申請號：	201810897956.4	申請日：	2018-08-08
公開（公告）號：	CN109149927A	公開（公告）日：	2019-01-04
發明（設計）人：	朱淼;徐莉婷;馬建軍;蔡旭	申請（專利權）人：	上海交通大學
主分類號：	H02M3/10	分類號：	H02M3/10
代理公司：	上海漢聲知識產權代理有限公司 31236	代理人：	莊文莉
地址：	200240 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	變換器動態性能過渡模式反相歸一化處理不連續性單位電壓電感電流電流前饋控制邏輯量化分析模式切換輸出特性數學模型改進型無擾動占空比前饋改進輸出引入
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【說明書】：

本發明提供了一種用于非反相Buck?Boost變換器的無擾控制方法，包括建立NIBB變換器平均值數學模型，基于NIBB平均模型，引入等效占空比，對NIBB平均模型根據單位電壓進行歸一化處理，定義不連續性指數DI，對過渡模式的動態性能進行量化分析，得到最小DI的改進型Buck/Boost模式，運用電流前饋補償，改進傳統無擾控制的控制邏輯，在模式切換發生前對電感電流進行補償。本發明評價模式過渡的動態性能，指導NIBB過渡模式的設計，結合改進Buck/Boost模式與前饋無擾控制，提出NIBB的綜合無擾控制方法，實現了NIBB變換器的輸出無擾動，改善變換器輸出特性。

技術領域

本申請涉及新能源發電領域與電力電子變換器控制領域，尤其涉及到一種用于非反相Buck-Boost變換器的無擾控制方法，用于多模式DC-DC變換器電路的運行控制。

背景技術

作為新能源發電系統中重要的組成部分，以光伏為代表的可再生能源和以電池為代表的儲能設備，其輸出電壓隨工作條件的變化在一定范圍內波動。因此，對于與可再生能源及儲能設備接口DC-DC變換器，需要具備寬輸入電壓范圍內的電壓調節能力。傳統DC-DC變換器(如Buck變換器、Boost變換器等)均為單輸入控制系統，在寬電壓輸入場景下，占空比將會在較大幅度內發生變化，導致難以對變換器運行性能進行全范圍優化。

采用非反相Buck-Boost變換器(Non-inverting Buck-Boost converter,NIBB)，可滿足寬電壓輸入范圍的需求。NIBB變換器的拓撲結構如圖1所示。該變換器具有結構簡單、轉換效率高的特點。當輸入電壓在寬工作范圍內變化時，NIBB可在多個模式下工作：在Buck模式下，S₂始終導通，S₁和S₃在每周期切換工作；Boost模式下，S₁始終導通，S₂和S₄在每周期切換工作。

為說明NIBB性能特點，該變換器平均值數學模型可表示為：

其中L、C、R_eq分別NIBB變換器的電感、電流與等效負載電阻，v_i、v_o分別是NIBB的輸入電壓與輸出電壓，i_L是NIBB的電感電流，d₁、d₂分別是S₁、S₂的占空比。根據式(1)，令微分項為0，可得穩態變壓比：

其中D₁、D₂分別是S₁和S₂的穩態占空比。

Buck模式下，D₂＝1，D₁在[0,1]區間變化，對應于穩態變壓比在[0,1]區間變化，變換器工作在降壓模式。Boost模式下，D₂＝1，D₁在[0,1]區間變化，對應于穩態變壓比在[1,+∞]區間內變化，變換器工作在升壓運行模式。為使NIBB充分發揮多模式運行、靈活性強的優勢，需要針對不同工作模式，對NIBB的控制器分別進行設計。NIBB的工作原理示意圖如圖2所示。當輸入電壓v_i發生變化時，NIBB在不同工作模式間切換工作，控制量有時為d₁，有時為d₂，有時d₁、d₂同時作為控制量，這就意味著系統開環動態特性發生變化。由于每個工作模式都有其對應的動態特性和數學模型描述。工作模式切換時，變換器模型隨之發生變化，閉環控制器亦隨之改變。