dcdc变换器电流滞环控制策略研究

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1、西安科技大学硕士学位论文相对模拟系统而言，数字系统在开关电源中具有设计周期短、灵活性强、易实现模块化管理、较强的抗电磁干扰等优点，和模拟系统相比较，其在性能和结构上具有的特点体[3]现在以下几点：(1)以微处理器或数字信号处理器DSP为核心，将开关电源驱动器及PWM控制器作为控制对象，会提高系统的灵活性。采用数字控制技术可以在同一硬件平台上，只需要改变软件来改变控制策略，对于不相同变换器的控制系统都是可以实现的，使开关电源智能化。(2)使用“整合数字电源”技术,在开关电源中把数字组件和模拟组件完

2、成组合并优化。(3)集成度高，可实现开关电源的单片集成化，整合大量的分立元件于一个芯片或者是一组芯片上。(4)抗干扰能力强是数字控制系统的特点。模拟元件很容易受到外界因素的影响，如温度和环境的变化，导致模拟控制器具有较差的稳定性。然而，数字控制器不易受元件老化、参数或环境变化的影响，具有强稳定性、高可靠性和强抗干扰性。(5)数字控制能够有效的利用微控制器和数字信号处理器的优点，设计并实现复杂的控制策略来改善系统的性能，提高开关电源的设计指标。可以看出，数字控制开关电源的性能主要取决于软件设计部分

3、，而不仅仅是由所设计的离散元器件的参数来决定，这也说明减少变换器的成本、体积和编程完成复杂的算法，将有效地控制系统整体、改善变换器的控制性能、可靠性及灵活性等，这将是开关[4]电源发展的必然趋势。1.2发展现状及趋势1.2.1数字控制开关电源的研究现状DC-DC变换器通常面临来自输出电流和输入电压的扰动。变换器的动态性能不只取决于自身拓扑结构和系统参数，与所采用的控制策略密切相关。通过发展多样的控制方法可以提升变换器的响应速度，实现对输出电压的快速调节。控制方法依据实现手段不同可以分为模拟和数字

4、两种方式。近年来，数字控制DC-DC变换器引起学术界的广泛关注，也取得了很好的成果。其中滑模变结构控制方法通过沿指定切换面生成高频开关信号，使系统的状态轨迹滑动到平衡点，该方法是在牺牲稳态精度的前提下提高动态性能的。改进前数字电流滞环控制的DC-DC变换器，其稳态过程精度较高且响应速度快，但存在暂态过程负载调整率[4]不是很理想和动态时间相应较长的问题。基于伏秒平衡原理控制的DC-DC变换器，提[5]高了动态响应速度，但稳态时采用了电压模式控制原理，稳压特性会受到影响。2万方数据1绪论滞环控制模

5、式是最简单的控制方式，无需谐波补偿电路和谐波振荡器，在这种控制模式下，不需要等待下一个时钟导通周期的到来。滞环控制模式从检测信号的类型方面可分为滞环电压控制模式和电流滞环控制模式。对于电压控制型开关变换器，如果能够引起输出电压变化的参数有所改变，只有当输出电压开始变化时，控制系统才能做出响应，这就影响了变换器的响应速度。电流滞环模式控制的转换器是一个双环控制系统，它在传统的电压控制模式的基础上，增加了电流反馈环。在输入电压发生变化时，即使输出电压未发生变化，但是由于电流的变化将使控制系统提前发出

6、响应，这样可以大大[6]改善动态响应性能。为了提高Buck-BoostDC-DC变换器的动态性能，本课题在改进前电流滞环控制策略的基础上进行了改进，提出一种稳态控制和暂态控制相结合的控制策略。稳态过程采用改进前的电流滞环控制策略，暂态过程采用改进后的电流滞环控制策略，这样不仅使变换器具有良好的稳态性能，同时也能够更好的改善变换器暂态过程的负载调整率和动态响应时间。1.2.2数字控制开关电源的发展趋势集成度高、电源管理功能完善、性价比高、外围电路结构简单、能够面向用户设计等是数字电源系统所具有的优

7、点，这为电源系统实现智能化提供了很好的条件。随着科学技术的日益完善，数字电源将向着轻、小、薄，高频化、集成化、模块化等发展，更[7]加趋于完善。(1)小型、薄型、轻量化做到小型化开关电源的主要措施有四点。一：高频化，为了达到高功率密度的电源，提升变换器的开关频率是必不可少的，这样会使储能元器件的体积减小、重量减轻。二：压电变压器的使用，压电变压器可以让高频功率变换器达到轻、薄、小和功率密度高的[8]特点。三：电容器选型方面尽量使用新型，可减小电子设备的体积、重量，使能量密度有所提高。四：应用SM

8、T技术，可在电路板的两面同时布置元器件，使开关电源做到轻、小、薄。(2)高可靠性开关电源使用元件的数目相比连续工作的电源要多出数十倍，而对于电力电子装置，元件数量愈多，装置发生故障概率愈大，可靠性就愈低，通过合理设计并且进行优化，开关电源的寿命可得以延长，可靠性提高。(3)高效率开关电源高频化一定程度上加大了传统PWM的开关功耗、提高了噪声、降低了效率，并且达不到高频和高效的理想效果，零电流关断和零电压导通这两种软开关技术的出现，对解决这个问题提供了很好的方法，使开关电源的效率得到提升。3万方数