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Boost型DCDC变换器的预测无差拍控制器设计

发布时间:2020-07-21 19:30:28 阅读: 来源:石雕厂家

摘要:为了提升电流模式控制下Boost DC/DC变换器的动态响应速度,采用电流预测和无差拍控制理论对控制器进行设计。给出了线性外插的预测方法和无差拍控制策略,分析了电压环路小信号模型并设计了其控制器。采用前缘调制的预测无差拍峰值电流模式控制,电感电流可以在两个周期内调整到参考量;当占空比超过0.5时,变换器不存在次谐波振荡问题,省去了斜率补偿设计。实验结果表明,与经典电流模式控制器相比,预测无差拍控制器在控制电压上跳变2 V时,能够缩短约22.6%的调节时间;在控制电压下跳变2 V时,能够缩短约9.4%的调节时间。关键词:控制器;电流模式;预测电流控制;无差拍控制1 引言 Boost DC/DC变换器的控制问题一直是国内外学术界的研究热点。由于受控对象传输函数的非线性和时变性,传统的控制方法有时不能达到预期效果,故需寻找适合Boost DC/DC变换器的先进控制理论,这包括:模型预测控制、滑模变结构控制、预测电流控制等。 此处采用无差拍控制思想,结合线性外插的预测方法,对Boost DC/DC变换器的电流环进行优化设计,该设计简单可靠,对系统参数不敏感,便于数字方式实现。仿真和实验结果表明,优化后的变换器具有良好的静、动态性能。2 电流模式控制BOOSt DC/DC变换器 Boost DC/DC变换器是一种能够实现升压的开关电源。电流模式控制通过对电感电流的控制,提升了环路响应速度。对于理想的电流模式控制,环路传输函数已经不包括电感了,因此也就不再有LC双重极点,这就简化了电压环的补偿设计。电流模式控制方式中,峰值电流模式以其具有快速的限流作用而得到广泛应用,因此后面的讨论均基于峰值电流模式。经典的电流模式控制是将电感电流用作脉冲宽度调制器(PWM器)的斜波输入,如图1所示。

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其中,d是占空比,V是开关,VD是二极管,i是电感电流,ic是控制电流。反馈电压通过PI控制器产生ic,与经过斜率补偿的i相比较,进行PWM。经典的峰值电流模式控制存在次谐波振荡的问题,这可通过斜率补偿解决。要保证补偿后的上升斜率大于下降斜率,因此补偿斜率为: 经典电流控制需要采样到连续的电感电流,不便于控制器的数字方式实现;此外,斜率补偿会增加控制电流与电感电流之间的误差,从而降低变换器的动态性能。3 电流环的预测无差拍控制设计 预测无差拍控制作为一种离散控制理论,是指通过已知状态信息计算出下一时刻控制量,并在数个时钟周期内让目标达到控制量的一类控制方法。由于占空比的计算需使用下个周期的电流和电压状态信息,所以必须对它们进行预测。

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