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(fù)載大范圍變化，特別是帶非線性負(fù)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?；Ｗ兘Y(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(fù)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(fù)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(fù)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模控制環(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(fù)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；所述的滑模控制回路包括一減法器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?？刂凭哂袕姷聂敯粜?，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，但單純的滑模控制具有 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(fù)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?？刂浦绷?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?？刂浦绷?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?？刂骗h(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、滑模控制環(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?？刂坪蚉WM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(fù)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)變換器的定頻滑模控制。
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?？刂骗h(huán)路(2 )和PWM控制環(huán)路(3 )輸出 端接入一比較器(4)，滑?？刂骗h(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(fù)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；所述的滑模控制回路(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)建滑模控制環(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)