开关变换器的单周期控制

《开关变换器的单周期控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、开关变换器的单周期控制算法KeyueM.Smedley,Member,IEEE,andSlobodanCuk,SeniorMember,IEEE摘要：一种新型大信号非线性控制技术被提出来控制开关的占空比以致于在每个周期中开关控制器的开关参数的平均值能准确地等于或者正比于在稳态或暂态的控制参数。单周期控制在一个开关周期内可以有效抑制电源干扰。在一个开关周期内开关变量的平均值能够紧随动态参数的变化，并且在一个开关周期内控制其可以校正开关错误。控制参数与开关变量的均值之间不存在稳态误差也不存在动态误差。用一

2、个在连续周期中运行的buck变换器中进行的实验演示了其控制算法的鲁棒性并且证实了理论猜想。这种新型的控制算法适用于脉宽调制，基于共振的或者软开关的开关控制器的所有类型在连续或者断续模式下电压或者电流的控制。而且，它可以用于物理变量的控制，也可以用于某些以开关变量形式或者可以转换为开关变量形式的抽象信号的控制。一、介绍开关变换器用于非线性脉冲动态系统的控制。此类系统在合理的非线性脉冲控制下可以具有更强的鲁棒性和更快的动态响应，并且在线性反馈控制下比同样的系统具有更强的电源抗干扰能力。目前，在电力电子领域

3、已经有很多工作致力于寻找大信号非线性方法来控制开关变换器。在传统的反馈控制中，占空比线性化为了减小误差。当电源受到干扰时，比如说有一个大的阶跃，因为误差信号必须先变化，占空比控制无法察觉到这瞬时的变化。所以在输出电压中，可以观察到一个很明显的瞬态超调。而这瞬态过程的持续时长取决于回路带宽。在重新达到稳态前需要经过大量的开关周期。在电流控制模式下[3]-[5]，一个连续频率的时钟信号在每个开关周期的一开始将开关打开。当到达控制参考信号时，开关电流开关增长，比较器改变其状态并关断晶体管。通常会添加一个人为

4、的斜坡信号来消除当占空比大于等于0.5时产生的震荡。所以，如果这个人为加入的斜坡信号十分精准的等价于电感电流的下降斜率sf，那么系统在一个周期内将具有抗电源干扰的能力。在buck变换器的连续控制参数下可能是可行的。总之，在一个开关变换器中电感电流的下降斜率是一些动态参数的函数。所以，要在一个瞬态过程中让人工加入的斜坡信号跟上电感电流的下降斜率是不可能的。由于这不协调，电流控制模式在一个开关周期内不可能具有抗电源干扰能力。在任何情况下，如果控制参数是可变的，无论人工信号如何选择或者选择哪种变换器，电流控

5、制模式在一个周期内都无法跟随控制参数或具有抗电源干扰的能力。在闭环buck变换器中，在输出电压错误发生前，电源电压直接控制占空比。如果反馈参数设计精准并且开关时理想的话使输出信号与电源干扰相隔离将成为可能。而在现实中，开关具有开/关瞬态变化和导通压降。所以，这种方法也不能十分准确的抑制电源干扰。在参考文献[6]中介绍的SADTIC变换器具有一个电容整流器将未整流的电源电压转变为三角波，“平衡交流波形”。这种平衡电流波经整流可产生一系列单极性三角波。输出电压由三角波的重复率控制。控制电流包含一个对开关参

6、数与控制参数之间的误差进行持续积分的积分器以达到一个周期内的零误差。在文献[7]中，进行了一个将这种控制技术扩展到在一个恒开关频率下控制直升机的尝试。在稳态下，这种连续积分的方法保证了开关变量与控制参数的一致性。但是，在一个瞬态变化后为了达到一个新的温带将花费很多开关周期。这种方法类似于连续时间下的线性积分控制，一种产生零稳态误差但不是零动态误差的方法。而且，当占空比大于或等于0.5的时候这种方法是不稳定的。滑模控制[8]是一种非线性控制方法，一种定义了滑动面经过所需控制电的方法。两个开关状态的轨迹从

7、两段到达滑动面并且它们的速度矢量在滑动面附近具有非零成分（达到条件的情况下）。在滑动表面当运动发生磁滞现象时，Δ<σ<Δ,开关发生翻转，以致在恒磁滞条件下系统沿着欢动表面受到限制。如果在每个开关周期点的速度矢量的切向分量的平均值只想工作点，那么系统运动将收敛于期望的工作点（收敛条件下）。通常情况下，运动需要在好几个开关周期下才能收敛至工作点。如果一个可变的磁滞被用来包络系统运动，开关频率将被锁定[9]。总而言之，一个满足到达稳态并收敛的全局滑动面可能是不存在的。一种新的非线性方法，单周期控制[1]，[

8、2]，在恒开关频率工作条件下被提及。这种方法利用了开关变换器的脉冲性和非线性的特性以及控制开关变量平均值的快速动态响应的性能，比如说电压或者电流的控制；更加特别的是，它仅需要一个开关周期就能使开关变量的平均值在经过一个瞬态变化后达到一个新的稳态。这种方法具有快速的动态响应性能，卓越的抗电源干扰能力，鲁棒性以及自动校正开关错误等优点。这种方法也能扩展为控制变频开关控制。但周期控制是十分常规的病却适用于脉宽调制（PWM）变换器和基于共振的变换器对电压或者电流