开关变换器控制技术综述

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1、万方数据新视点lNEWVIEWPOINT开关变换器控制技术综述陈亚爱张卫平周东华刘坤／北方工业大学机电工程学院摘要开关电源因具有效率高、体积小及重量轻等特点，在工业、交通，通信、IT、国防、航天以及日常生活中得到了广泛的应用。近年来国内外对开关电源的核心——开关变换器的研究已形成热潮。作为开关电源设计的关键环节，开关变换器控制技术是目前的研究热点之一。经过30多年的努力，在开关变换器控制技术方面的研究已取得了大量的成果。在对已有开关变换器控制技术研究成果进行归纳、分类、总结和系统化的基础上，分别从不同控制技术的工作原理，实现方

2、法，优劣势等多个方面进行了分析，为开关变换器控制技术的应用提供参考。关键词开关变换器控制技术工作原理1引言开关变换器的控制技术是建立在模型之上的。由于开关调节系统是一个高阶、离散、非线性和时变的控制系统，要建立精确的解析模型很困难。国内外众多专家学者经过30多年的努力，在建模和控制技术方面已取得了大量的研究成果，本文对4I也羔易l铂·2008年第27卷第4期已有开关变换器控制技术的主要成果进行归纳、分类和总结，使之系统化。开关变换器控制技术分类示意图如图1所示。按占空比的实现方式划分为定频控制和变频控制。定频控制即通常所指的脉

3、冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)技术。变频控制技术包括定开通时间控制、定关断时间控制和滞环等。按检万方数据测信号的不同分为单环、双环和多环控制。单环控制为电压控制，双环控制又分为峰值电流控制、平均电流控制，电荷控制及V2控制(Voltage-VoltageContr01)【l’2{多环控制主要是三环控制，如V2C控制(Voltage—Voltage—CurrentContr01)J3]。按系统的建模思想或系统数学描述方法的不同可分为线性控制和非线性控制。在交流小信号分析时，开关变换器被视为一个线性

4、系统，可用经典控制理论的方法研究，常用的有电压型控制和电流型控制等。非线性控制有单周期控制、电荷控制、自抗扰控制【4】、滑模变结构控制、无源控制、鲁棒控制、自适应控制、模糊控制【5，61和神经网络控制【71等。由于开关变换器是一个强非线性的动态系统，用非线性控制技术能使系统对参数变化和外来扰动有强鲁棒性和很好的动态响应。按控制电路所用模拟或数字器件方式分为模拟控制和数字控制。开关变换器控制方式定频控错HPWM占空比实现方式按检测信号不同按建模思想或系统数学々描述；。2控制电路采用器件变额控制单环控制双环控制多环控锈线型控制塑堕

5、囹垂开陋i画寥环筘到一电压控刖峰值控制l平均电流{电荷控制

6、!銎呦]可虿函丽]电压型电流型图1开关变换器控制技术分类示意圈单周期控制l里划滑膜变结构}j咧到自抗扰控制

7、j棒控龟叫毋应控匈确控硐丽药羽NEWVIEWPOINTl新视点的稳定[s】。开关变换器有很多种拓扑结构，不论哪种拓扑结构，从系统的观点看，运行时就是一个开关调节系统，包括主电路(或称功率级)和控制电路，两种电路相互配合，共同工作。小信号分析法是假设扰动信号很小，并且扰动信号的频率比开关频率小很多，在直流工作点附近线性化，将非线性方程近似为线性方程。传统的开关变换

8、器控制技术是利用小信号分析法得到开关变换器的线性方程，再应用经典控制理论中分析线性系统的基本方法设计补偿网络，使系统成为稳定系统，如电压型、电流型控制系统。2．1电压模式控制PWM(单环)具有电压控制的Buck变换器的开关调节系统如图2所示。框内是Buck开关变换器，控制电路采用电压负反馈。在负反馈电路中，输出电压Ⅳ经采样后与给定的参考电压“耐比较，得到误差信号“。送至控制器，控制器输出信号“．送至PWM环节，与PWM环节中的振荡器产生的锯齿波时钟信号比较，使比较器输出周期不变，脉冲宽度即占空比d受“．调制的一系列脉冲信号，再

9、通过驱动器将脉冲放大，控制变换器的功率开关器件的导通与关断。改变占空比d即可调节开关变换器的输出电压“，这里d称为控制量。当输入电压或负载发生变化，或系统受到其他因素干扰使输出电压发生波动时，通过负反馈回路可调节开关变换器的功率器件在一个开关周期内的导通时间，达到稳定输出电压的目的。开关变换器网络函数圈2Buck型开关调压系统原理图2传统控制技术电压模式控制PWM有以下优点【，％①振荡电路本文将运用经典控制理论设计系统的控制方法输出的锯齿波幅值较大，在进行脉冲宽度调节时具称为开关变换器的传统控制技术。有较好的抗噪声能力。②驱动

10、信号的占空比调节不应用输出电压反馈的原理，可以实现输出电压受限制。⑦控制电路只有电压闭环反馈，是单环系WWW．eage．corn．cn2008年第27卷第4期·嘭；易司I5鲨一万方数据新视点lNEWVIEINPOINT统，设计简单，调试方便。④采样信号是输出电压，故对输出电压