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定頻滑??刂浦绷?直流變換器的控制方法及其控制器的制作方法

文檔序號:7446664閱讀:169來源:國知局
專利名稱:定頻滑??刂浦绷?直流變換器的控制方法及其控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及直流-直流變換器及其控制方法,具體來說是指 一種定頻 滑??刂浦绷?直流變換器及其控制方法。
背景技術(shù)
現(xiàn)有的降壓變換器,升壓變換器,升降壓變換器,庫克變換器,通常 采用線性化控制技術(shù),在基本假設(shè)擾動信號頻率比開關(guān)頻率低得多的前提 下,利用狀態(tài)空間平均法,列出開關(guān)變換器的分段線性狀態(tài)方程,然后經(jīng) 過平均和攝動處理,用線性狀態(tài)方程來描述電路。在這種控制系統(tǒng)中,小 信號線性化模型是在固定的參數(shù)下的線性化處理,對系統(tǒng)參數(shù)的變化比較 敏感,當(dāng)負載大范圍變化,特別是帶非線性負載時,開關(guān)變換器有動態(tài)響 應(yīng)速度慢,輸出波形有畸變等缺點。當(dāng)今,直流-直流變換器的應(yīng)用范圍 越來越廣,其性能要求不斷提高,特別是要求變換器具有高的穩(wěn)態(tài)精度的 同時具有快速的動態(tài)響應(yīng)速度,傳統(tǒng)的控制策略難以滿足要求,各種采用 先進控制策略的直流-直流變換器成為研究的熱點。滑模變結(jié)構(gòu)控制是一 種非線性控制理論,對電力電子開關(guān)變換器具有天然的適用性,采用滑模 變結(jié)構(gòu)控制的變換器具有穩(wěn)態(tài)范圍寬、動態(tài)響應(yīng)快、魯一奉性高、控制實現(xiàn) 簡單等優(yōu)點,在開關(guān)變換器中具有廣泛的應(yīng)用前景,但單純的滑??刂浦?流-直流變換器為變頻工作方式,具有啟動電流過大和濾波器難以設(shè)計的 缺點。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種定頻滑??刂浦绷?直流變換器的控制方法,采用滑??刂坪蚉WM控制結(jié)合的控制策略,由PWM控制環(huán)路確定工作點和 開關(guān)頻率,由滑??刂骗h(huán)路增強動態(tài)響應(yīng)速度和帶非線性負載的能力,在 提高直流-直流變換器動態(tài)響應(yīng)速度,增強帶非線性負載能力的同時,可 獲得穩(wěn)定的開關(guān)頻率。
一種定頻滑^f莫控制直流_直流變換器的控制方法,在直流_直流變換器主電路上接入一結(jié)合滑??刂坪蚉WM控制功能的控制電路;滑??刂?實現(xiàn)調(diào)制變換器的瞬態(tài)響應(yīng),增強變換器的動態(tài)響應(yīng)速度和帶非線性負載 的能力,PWM控制實現(xiàn)確定變換器工作點和開關(guān)頻率,從而實現(xiàn)變換器 的定頻滑??刂?。本發(fā)明還提供了 一種基于上述控制方法的控制器。一種基于上述控制方法的控制器,接入直流-直流變換器和驅(qū)動電路 之間,所述的控制器包括滑??刂骗h(huán)路和PWM控制環(huán)路,滑??刂骗h(huán)路 和PWM控制環(huán)路輸出端接入一 比較器,滑??刂骗h(huán)路用于調(diào)制變換器的 瞬態(tài)響應(yīng),增強變換器的動態(tài)響應(yīng)速度和帶非線性負載的能力,PWM控 制環(huán)路用于確定變換器工作點和開關(guān)頻率;所述的滑??刂苹芈钒ㄒ粶p法器Ap —比例調(diào)節(jié)器A2、 一加法器 A3,減法器A!和比例調(diào)節(jié)器A2的輸出端接入加法器A3的兩輸入端,減 法器A!的兩輸入端一端接入釆樣變換器輸出電壓信號v。,另一端接入給 定電壓信號 ,輸出端輸出誤差信號接入加法器A3的一輸入端;比例調(diào) 節(jié)器A2的兩輸入端一端接入采樣輸出濾波電容電流信號^ ,另 一端接地, 經(jīng)比例調(diào)節(jié)器A2做比例調(diào)整后輸出端接入加法器A3的另 一輸入端,構(gòu)成 滑才莫面函數(shù) <formula>formula see original document page 4</formula>所述的PWM控制環(huán)路包括調(diào)制信號電路、兩個減法器A4、 A6,減法 器A6的兩輸入端一端接入采樣輸出電壓V。,另一端接入給定電壓 .,輸出端輸出誤差信號接入減法器A4的一輸入端,調(diào)制信號接入減法器八4的 另一輸入端,經(jīng)減法器A4相減構(gòu)成PWM函數(shù)<formula>formula see original document page 4</formula>然后,滑模面函數(shù)S和PWM函數(shù)P接入比較器A5,產(chǎn)生開關(guān)信號,經(jīng)驅(qū)動電路控制變換器的開通關(guān)斷。所述的調(diào)制信號為三角波或鋸齒波。電流采樣模式可采用傳感器方式或電阻采樣方式?;拍刂剖且环N非線性控制策略,對本質(zhì)上為非線性結(jié)構(gòu)的直流-直流變換器具有天然的適用性,它能對系統(tǒng)大的狀態(tài)變化做出快速的反應(yīng), 使系統(tǒng)具有快速的動態(tài)響應(yīng)能力;同時滑模控制具有強的魯棒性,能較好 的調(diào)制系統(tǒng)的小信號變化,并具有較好的穩(wěn)定性,但單純的滑??刂凭哂?開關(guān)頻率不固定的缺點,本發(fā)明添加PWM控制環(huán)路,確定變換器的工作
點,也就確定大信號的工作狀態(tài),并且確定了開關(guān)頻率;穩(wěn)態(tài)工作時滑模 控制環(huán)路調(diào)制小信號,滑模面基本為零,變換器開關(guān)狀態(tài)主要由PWM控 制環(huán)路決定;當(dāng)變換器狀態(tài)量發(fā)生大的變化時,滑模控制環(huán)路會根據(jù)設(shè)計 做自動的調(diào)整,使系統(tǒng)快速的響應(yīng),并達到穩(wěn)定的狀態(tài)。對輸入電壓變化 較小的變換器,PWM控制環(huán)路可以采用開環(huán)的方式,這樣整個變換器結(jié) 構(gòu)最為簡單。本發(fā)明具有快速的動態(tài)響應(yīng)速度和寬的穩(wěn)定范圍,對非線性 負載具有良好適應(yīng)性,能夠滿足高性能要求的應(yīng)用場合。


圖1為采用本發(fā)明控制器的定頻滑模控制直流-直流變換器的結(jié)構(gòu)示意 框圖;圖2為采用本發(fā)明控制器的定頻滑模控制直流-直流變換器的電路結(jié) 構(gòu)示意圖;圖3為降壓(Buck)直流-直流變換器采用本發(fā)明控制器后的電路結(jié) 構(gòu)示意圖;圖4為升壓(Boost)直流-直流變換器采用本發(fā)明控制器后的電路結(jié) 構(gòu)示意圖;圖5為升降壓(Buck-Boost)直流-直流變換器采用本發(fā)明控制器后的 電路結(jié)構(gòu)示意圖;圖6為庫克(Cuk)直流-直流變換器采用本發(fā)明控制器后的電路圖。
具體實施方式
圖1、 2所示為采用本發(fā)明控制器的定頻滑^^莫控制直流-直流變換器 的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖所示,該定頻滑??刂浦绷?直流變換器,包括DC-DC 變換器主電路1 、控制器和驅(qū)動電路5;控制電路由滑??刂骗h(huán)路2和PWM 控制環(huán)路3組成,滑模控制環(huán)路2和PWM控制環(huán)路3的輸出端接入比較 器4的兩輸入端后與驅(qū)動電路5連接,滑??刂骗h(huán)路2用于調(diào)制變換器的 瞬態(tài)響應(yīng),PWM控制環(huán)路3用于確定變換器的工作點;滑??刂苹芈?包括一減法器Ap —比例調(diào)節(jié)器A2、 一加法器A3,減法器A!和比例調(diào)節(jié)器A2的輸出端接入加法器A3的兩輸入端,減法器Ai的兩輸入端一端接入采樣變換器輸出電壓信號v。,另 一端接入給定電壓
信號 ,輸出端輸出誤差信號接入加法器A3的一輸入端;比例調(diào)節(jié)器八2 的兩輸入端一端接入采樣輸出濾波電容電流信號(,另一端接地,經(jīng)比例 調(diào)節(jié)器A2做比例調(diào)整后輸出端接入加法器A3的另一輸入端,構(gòu)成滑模面PWM控制環(huán)路3包括調(diào)制信號電路、兩個減法器A4、 A6,減法器 A6的兩輸入端一端接入采樣輸出電壓v。,另 一端接入給定電壓 ,輸出端輸出誤差信號接入減法器A4的一輸入端,調(diào)制信號接入減法器A4的另 一輸入端,經(jīng)減法器A4相減構(gòu)成PWM函數(shù);7 = ^(0-v。);然后,滑模面函數(shù)S和PWM函數(shù)P接入比較器A5,產(chǎn)生開關(guān)信號,經(jīng)驅(qū)動電 路5控制變換器的開通關(guān)斷。圖3所示為降壓直流-直流變換器采用本發(fā)明控制器后的電路結(jié)構(gòu), 包括降壓直流-直流變換器主電路11、滑??刂骗h(huán)路12、 PWM控制環(huán)路 13、比4交器14和驅(qū)動電路15。圖4所示為升壓(Boost)直流-直流變換器釆用本發(fā)明控制器后的 電路結(jié)構(gòu),包括升壓(Boost)直流-直流變換器主電路21、滑??刂骗h(huán) 路22、 PWM控制環(huán)路23、比較器24、驅(qū)動電^各25。圖5所示為升降壓(Buck-Boost)直流-直流變換器采用本發(fā)明控制 器后的電路結(jié)構(gòu),包括升降壓(Buck-Boost)直流-直流變換器主電路31 、 滑模控制環(huán)路32、 PWM控制環(huán)路33、比較器34、驅(qū)動電路35。圖6所示為庫克(Cuk)直流-直流變換器采用本發(fā)明控制器后的電 路結(jié)構(gòu),包括庫克(Cuk)直流-直流變換器主電路41、滑??刂骗h(huán)路42、 PWM控制環(huán)路43、比4交器44、驅(qū)動電路45。
權(quán)利要求
1. 一種定頻滑才莫控制直流-直流變換器的控制方法,其特征在于 在直流-直流變換器主電路上接入一結(jié)合滑模控制和PWM控制功能的控制電i 各;滑才莫控制實現(xiàn)調(diào)制變換器的瞬態(tài)響應(yīng),增強變換器的動態(tài)響 應(yīng)速度和帶非線性負載的能力,PWM控制確定變換器工作點和開關(guān)頻 率,從而實現(xiàn)變換器的定頻滑??刂啤?br> 2. —種基于如權(quán)利要求1所述控制方法的控制器,接入直流-直流變 換器和驅(qū)動電路之間,其特征在于所述的控制器包括滑??刂骗h(huán)路(2) 和PWM控制環(huán)路(3 ),滑模控制環(huán)路(2 )和PWM控制環(huán)路(3 )輸出 端接入一比較器(4),滑模控制環(huán)路(2)用于調(diào)制變換器的瞬態(tài)響應(yīng), 增強變換器的動態(tài)響應(yīng)速度和帶非線性負載的能力,PWM控制環(huán)路(3) 用于確定變換器工作點和開關(guān)頻率;所述的滑??刂苹芈?2)包括一減法器Ap —比例調(diào)節(jié)器A2、 一加 法器A3,減法器Ai和比例調(diào)節(jié)器A2的輸出端接入加法器A3的兩輸入端, 減法器A!的兩輸入端一端接入采樣變換器輸出電壓信號v。,另一端接入 給定電壓信號 ,其比例系數(shù)為k!,輸出端輸出誤差信號接入加法器A3 的一輸入端;比例調(diào)節(jié)器A2的兩輸入端一端接入采樣輸出濾波電容電流 信號t,另一端接地,其比例系數(shù)為k2,經(jīng)比例調(diào)節(jié)器A2做調(diào)整后輸出端 接入加法器A3的另 一輸入端,構(gòu)成滑才莫面函數(shù)s = ;所述的PWM控制環(huán)路(3)包括調(diào)制信號電路、兩個減法器A4、 A6, 減法器A6的兩輸入端 一端接入采樣輸出電壓v。,另 一端接入給定電壓 , 其比例系數(shù)為k4,輸出端輸出誤差信號接入減法器A4的一輸入端,調(diào)制 信號接入減法器A4的另一輸入端,其比例系數(shù)為k3,經(jīng)減法器A4相減構(gòu) 成PWM函數(shù);^V(0-^0v-v。);然后,滑模面函數(shù)S和PWM函數(shù)P 接入比較器A5,產(chǎn)生開關(guān)信號,經(jīng)驅(qū)動電路(5)控制變換器的開通關(guān)斷。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制器,其特征在于所述的調(diào)制信號為三 角波或鋸齒波。
4. 如權(quán)利要求2所述的控制器,其特征在于電流采樣模式可采用 傳感器方式或電阻采樣方式。
全文摘要
本發(fā)明的直流-直流變換控制方法,應(yīng)用簡單的模擬器件構(gòu)建滑??刂骗h(huán)路和PWM控制環(huán)路,來實現(xiàn)直流-直流變換器的定頻滑模控制。利用這種控制方法,可以控制降壓變換器、升壓變換器、升降壓變換器、庫克變換器等四種常規(guī)的直流-直流變換器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,使變換器不但具有滑??刂频膭討B(tài)響應(yīng)快,魯棒性強的特點,而且具有恒定的開關(guān)頻率,有利于濾波器的設(shè)計。
文檔編號H02M3/155GK101123393SQ20071007031
公開日2008年2月13日 申請日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者濤 張, 皓 馬 申請人:浙江大學(xué)
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