基于电容电荷平衡的dc_dc变换器的数字控制算法

《基于电容电荷平衡的dc_dc变换器的数字控制算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2009年5月电工技术学报Vol.24No.5第24卷第5期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMay2009基于电容电荷平衡的DC/DC变换器的数字控制算法陈乐柱刘雁飞（安徽工业大学电气信息学院马鞍山243002）摘要利用电容电荷平衡原理来推导出直流/直流变换器的动态控制算法。介绍了变换器在负载电流突变和输入电压突变时的最优算法模型，详细分析了如何减少输出电压的波动以及缩短恢复时间以提高变换器的动态响应。试验结果验证了这两种算法的有效性，在25W、400kH

2、z的同步整流Buck变换器中，应用该控制算法使得直流/直流变换器的动态响应达到最优。关键词：DC/DC变换器数字控制算法电压波动电容电荷平衡中图分类号：TM463DigitalControlAlgorithmsforDC/DCConvertersBasedonCapacitorChargeBalanceChenLezhuLiuYanfei（AnhuiUniversityofTechnologyMa’anshan243002China）AbstractTheprincipleofcapacitorcharge

3、balanceisutilizedtodevelopdynamicperformancecontrolalgorithmsforDC/DCconverters.Thedigitalmodelofoptimalalgorithmsarepresentedunderloadcurrentvariationorinputvoltagevariation.Theproposedalgorithmseffectivelyimprovethedynamicresponseoftheconverterbyreducing

4、theoutputvoltageunder/overshootandminimizingtherecoverytime.Experimentalresultstesttheeffectivenessofthesetwoalgorithms,in25W,400kHzsynchronousrectifierBuckconverter,theapplicationofthecontrolalgorithmmakesDC/DCconverter'sdynamicresponsetoachievethebestopt

5、imization.Keywords：DC/DCconverter，digitalcontrolalgorithms，voltagefluctuation，capacitorchargebalanceASIC数字控制技术，通过实验验证了该算法的有效1引言[1-2]性。随着信息技术产业的迅速发展，对于功率变换2电容器充电平衡原理器的动静态响应要求也越来越高。提高开关频率可以减小输出滤波器参数和装置的体积，但是，会使图1为同步Buck变换器的拓扑。损耗增加效率降低。本文通过改进控制器的数字控利用电容器电荷平衡原

6、理来分析直流/直流变制算法，在不增加开关频率的情况下也能得到最优换器的稳态过程。在一个开关周期中电容器平均电的动态性能。流等于零。式（1）表示了Buck变换器在稳态时电本文介绍了两种新颖的数字控制算法，通过电容器充电平衡原理。容器电荷平衡原理，在负载电流跳变和输入电压跳11TsvTvCC()s−(0)==CIC0→T∫ittC()d0=（1）0变时，输出电压的动态调节时间最短，波动为最小，s从而得到非常好的动态性能指标。采用FPGA和11tbvtvtCC()ba−()==CIC0→tt∫ittC()d0=（

7、2）ba−ta收稿日期2008-02-20改稿日期2008-11-21第24卷第5期陈乐柱等基于电容电荷平衡的DC/DC变换器的数字控制算法81式中，ta为暂态时间的初始值；tb为暂态时间的终（4）为了达到尽可能小的恢复时间，电容充电值。在tb时刻电容C的充放电电流iC满足式（2），平衡的时刻必须等于电感电流达到新稳态值的时刻从而达到新的稳态。（图3点4处）。负载电流突增变化的响应如图3所示。负载电流在0点发生阶跃变化，控制器在1点检测到电流的突变时，系统从传统的数字式电流模式PID控制转换到所提出的新算法

8、。在tup阶段，为使电感电流尽快上升，占空比设置为100%。在tdown阶段，为使电感电流尽快下降到新的稳态值，占空比设置图1同步Buck变换器为0%。在5点，电感电流和电容电压同时达到新Fig.1SynchronousBuckconverter的稳态值，系统进入稳态工作。为了保证变换器在本文所提出的两种控制算法可使暂态条件下调5点进入新的稳定状态，必须满足电容器负荷平衡节时间tb−ta和电压超调为最小。原理。图