单周期控制介绍

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1、单周期控制介绍2015/9/8Tuesday1汇报内容控制概念控制理论优缺点分析总结2015/9/8Tuesday2控制概念恒频开关变换器2015/9/8Tuesday3控制概念一个恒频的时钟信号在每个开关周期将开通开关管二极管电压积分后与控制参数比较当二极管积分电压达到控制参数时，比较器改变其状态开关管关断并且积分器重置为02015/9/8Tuesday4控制概念假如控制参数是恒定的，那么二极管电压的平均值也为恒定的。积分器的斜率直接正比于电源电压。当电源电压较高时，积分器响应斜率越陡；所以，积分器达到控制参数的值也越快。因此，占空比越小。当

2、电源电压较低时，占空比则相应较高。2015/9/8Tuesday5控制概念如果控制参数是一个时间的函数，那么二极管电压的平均值等于每个周期内随时间变化的控制参数值。在这种控制方法下，占空比d由下式决定：开关变量的瞬态平均值，即二极管电压可在一个开关周期内达到要求d与先前的开关周期状态无关——单周期控制2015/9/8Tuesday6控制概念由此公式决定的占空比是电源电压与控制参数的非线性函数。在这种非线性控制下，Buck变换器的输出电压变为独立于电源电压的控制参数的线性函数。LVrefCVV02VR01(LR)sLCsref2015/9/8Tues

3、day7汇报内容控制概念控制理论优缺点分析总结2015/9/8Tuesday8控制理论PWM当S的开关频率远大于x(t)的频率时，x(t)Sy(t)则x(t)在一个开关周期内的值可认为是x(t)不变的，从而得到y(t)在一个开关周期的平均值：s(t)t1Tonyt()xtdt()avgT0st1TonTTxt()dtxtdt()()ons0Tsyt()其中dt()TTonst——表示开关S驱动占空比2015/9/8Tuesday9控制理论如果在一个开关周期内，通过对d(t)的控制，使得y(t)的积分值和参考值V的积分值相等，即：refTo

4、nTsx(t)dtVdtref00恒频控制时，开关周期T为常量。若开关频率远大于V的频率时，有：sref1Ton1Tsy(t)x(t)dtVdtVavg00refrefTTss单周期控制：通过对开关占空比的控制，让开关变量平均值在每个开关周期中都严格等于控制参考量或与控制参考量成正比。——将非线性控制转化为线性控制2015/9/8Tuesday10控制理论如何用具体电路实现对占空比的控制？ClkTsRst时钟发生器CRt-比较器ClkSQVmPWM++RQTonV-积分器reft驱动信号PWMyt()x(t)yt()Sxt()VreftV

5、mVref每个周期开始阶段，开关S由RSt触发闭合，积分器开始积分，当rst积分值V=V时，比较器翻转，mreftRS复位，S断开，积分器复位。2015/9/8Tuesday11控制理论设计积分器R、C值，使得T=RC，从而得到一个开关周期内输出信号y(t)s的平均值为：11TTonony(t)xtdt()xtdtV()VavgT00RCmrefs若T≠RC，则y(t)=KV即输出信号与基准值成正比savgref任何物理或者信号开关都能使用单周期控制，也就是说，开关变量可以是任何开关变量或者抽象信号。利用单周期控制技术，开关变量的瞬态过程仅仅

6、持续一个开关周期。所以在控制参数与开关变量的平均值之间不存在稳态误差以及动态误差。2015/9/8Tuesday12汇报内容基本原理控制机理抗扰动分析总结2015/9/8Tuesday13抗扰动分析假定控制参数和负载时恒定电源电压Vg受到干扰二极管电压发生改变积分斜率发生改变达到V的速度将实时调整ref完全抑制电源电压的干扰——抗干扰能力强2015/9/8Tuesday14抗扰动分析假定电源电压及控制参数都与时间相关（eg.当控制参数正弦变化时电源电压有一个阶跃干扰）当电源电压上升时，积分器的斜率将变得更陡。无论积分器斜率如何变化，在每个周期内积分器

7、的值总是跟随正弦控制参考信号的。二极管的平均电压不受电源电压干扰信号的影响，在一个周期内都能跟随控制参考信号——控制参数的跟随性好2015/9/8Tuesday15优缺点分析优点：抗电源扰动能力强跟踪瞬态变化动态响应快；波形质量好能克服PWM控制方法的一些固有缺陷(调节慢，有过冲)2015/9/8Tuesday16优缺点分析缺点：硬件设计方面，单周期控制的算法需要快速积分器，而PWM控制则不需要，PWM控制显得更简单单周期控制的控制方法不是直接控制输出量，而是间接的控制开关变量，因而存在一些寄生参数，导致稳态误差（需改进算法）单周期控制抗负载扰动

8、能力差，其动态性能优于电压、电流型控制，但经滤波器后