[發明專利]具有右半平面零點的開關變換器的控制方法

有效

• 申請號: 201811298341.6
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109546858B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 皇金鋒;張鵬超;盧超
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 廣州辰聯知識產權代理有限公司 44513
• 代理人: 宋倩

本發明涉及開關變換器的控制方法領域，具體涉及一種具有右半平面零點的開關變換器控制方法，本發明針對具有右半平面零點的開關變換器暫態性能差，輸出電壓出現負調，傳統的頻域法設計不適用等問題，提出了抑制負調電壓的方法，給出了右半平面零點在一定情況下可以忽略的理論支撐，提出了具有右半平面零點的開關變換器頻域法設計的步驟，并以Boost變換器為例，進行了系統分析。該控制方法設計思路明了，可行性高，對具有右半平面零點的開關變換器系統設計具有重要意義和實用價值。

技術領域

本發明涉及開關變換器的控制方法領域，具體涉及一種具有右半平面零點的開關變換器控制方法。

背景技術

近年來，隨著能源危機的日益突出，光伏和燃料電池等新能源技術成為當今的研究熱點。在這些系統中，需要可以實現升壓或降壓功能的開關DC-DC變換器。在這些開關DC-DC變換器中，Buck變換器及其衍生拓撲是最小相位系統，而Boost、Buck-Boost、Cuk、Zeta、Sepic 及其衍生拓撲都是非最小相位系統，表現為控制變量到輸出電壓的暫態數學模型含有右半平面的零點。右半平面零點會導致這類變換器占空比增大(或減小)時，對應輸出電壓應增大(或減小)，而實際情況是出現了先減小(增大)而后增大(減小)的暫態過程，稱為負調現象。負調現象會導致系統暫態過渡過程時間延長，同時在負調時間段內控制器接收到錯誤的反饋信號而形成正反饋，繼而導致系統不穩定。正是由于右半平面零點的存在，導致具有右半平面零點的開關變換器的控制較最小相位系統困難的多。因此，尋求一種簡單有效的控制策略成為具有右半平面零點的開關變換器亟待解決的問題。

很多研究人員對非最小相位開關DC-DC變換器的控制進行了深入研究，目前已有的研究成果主要體現在兩個方面：(1)采用傳統的PI、PID等控制器進行控制；(2)利用非線性控制策略進行控制，包括滑模變結構控制、無源控制、自適應控制、模糊控制等。具有右半平面零點的開關DC-DC變換器在進行系統設計時，系統的開環傳遞函數不能用幅值裕量和相角裕量對控制器設計效果進行衡量，所以傳統的頻域法不能直接使用。故而傳統的PI、PID控制器僅根據控制變量的誤差，通過動態調節變換器的占空比，實現對輸出電壓或其它變量的控制，其控制效果較差，無法獲得良好的暫態和穩態性能。由于右半平面零點的存在，導致常規的非線性控制策略如滑模變結構、無源控制、自適應控制等都無法直接應用，控制器設計變得復雜。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述問題，提供一種具有右半平面零點的開關變換器控制方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

具有右半平面零點的開關變換器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、建立CCM-CISM運行模式下的具有右半平面零點的開關變換器的負調電壓數學模型：

A、開關變換器的功率主電路包括輸入電壓V_i，儲能電感L，濾波電容C，輸出功率二極管D，功率開關管S，負載電阻R；

B、根據開關變換器控制變量到輸出電壓的暫態數學模型可得占空比由D₁突變為D₂時對應的負調電壓暫態數學模型為：

式中Δd＝D₂-D₁；

a.對式(1)進行拉普拉斯反變換，可得開關變換器負調電壓時域模型為:

式中，

b.將式(2)對時間t求導數并令其等于零可得負調電壓峰值時間t_p表達式為：

c.由于較小，根據麥克勞林公式可化簡得：