CN109450248A - buck变换器的一种复合控制方法 - Google Patents

buck变换器的一种复合控制方法 Download PDF

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CN109450248A
CN109450248A CN201811481833.9A CN201811481833A CN109450248A CN 109450248 A CN109450248 A CN 109450248A CN 201811481833 A CN201811481833 A CN 201811481833A CN 109450248 A CN109450248 A CN 109450248A
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董锋斌
皇金锋
侯波
荔凡凡
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    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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Abstract

本申请公开了buck变换器的一种复合控制方法，包括可控开关管VT和续流二极管VD，直流输入电压源uin连接在buck变换器的输入端，直流输入电压源uin的正极通过可控开关管VT和续流二极管VD接到直流输入电压源uin的负极，滤波电感L和滤波电容C串联后并在续流二极管VD的两端，滤波电容C的两端并联有可变负载电阻R，可变负载电阻R连接在buck变换器的输出端，期望输出电压uoref、buck变换器的输出电压uo和直流输入电压源uin作为复合控制器的输入参数，经过复合控制方法产生连续控制率d，连续控制率d通过PWM斩波处理产生等幅的PWM波，PWM波控制可控开关管VT。本申请不仅具有PI控制的优点，而且对buck变换器的直流输入电压扰动具有较强的抑制作用。

Description

buck变换器的一种复合控制方法
技术领域
本公开一般涉及开关电路领域，具体涉及buck变换器的一种复合控制方法。
背景技术
控制系统的基本要求是“稳、准、快”，但这三方面的要求是相互制约的。在保证系统稳定性和准确性的前提条件下，动态性能越好则系统性能越优越。由于系统存在外扰动和内扰动，依赖于对象准确数学模型的控制方法其鲁棒性较差。工程上采用的PID调节不依赖系统数学模型，只需要根据控制变量的误差对系统进行调节，控制系统设计简单。为了防止传感器的高频干扰，工程上在校正系统时一般将调节器多设计成PI调节器，但它属于相位滞后校正调节，其电路本质是低通滤波器，它是以牺牲快速性来换取系统的稳定性。PI调节器可以提高系统的稳态精度和改善系统的稳定性,却使系统频带缩小，系统响应变慢。为了提高系统的快速性并兼顾鲁棒性，因此采用复合控制方法。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供buck变换器的一种复合控制方法,不仅具有PI控制的优点，而且对buck变换器的直流输入电压扰动具有较强的抑制作用，
根据本申请实施例提供的技术方案，buck变换器的一种复合控制方法，包括可控开关管VT和续流二极管VD，直流输入电压源uin连接在buck变换器的输入端，所述直流输入电压源uin的正极通过所述可控开关管VT和所述续流二极管VD接到所述直流输入电压源uin的负极，滤波电感L和滤波电容C串联后并在所述续流二极管VD的两端，所述滤波电容C的两端并联有可变负载电阻R，所述可变负载电阻R连接在所述buck变换器的输出端，buck变换器的输出电压uo的正极通过所述可变负载电阻R接到所述buck变换器的输出电压uo的负极，所述可变负载电阻R变化时，采用复合控制方法，能使所述buck变换器的输出电压uo保持恒定，期望输出电压uoref、所述buck变换器的输出电压uo和所述直流输入电压源uin作为复合控制器的输入参数，经过所述复合控制方法产生连续控制率d，所述连续控制率d通过PWM斩波处理产生等幅的PWM波，所述PWM波控制所述可控开关管VT，所述复合控制方法检测所述直流输入电压源uin和所述buck变换器的输出电压uo，在常规的PI控制规律基础上增加了前馈控制，
其连续控制律为：
本申请中，所述直流输入电压源uin的正极与所述buck变换器的输出电压uo的正极相对应，所述buck变换器的输出电压uo的负极与所述直流输入电压源uin的负极相对应。
综上所述，本申请的上述技术方案
1、不需要建立对象数学模型，因此不论是系统电路元件参数变化时出现的内扰动，还是系统出现的外扰动，均对控制规律表达式没有影响，系统鲁棒性较好；
2、负载可以线性或非线性电阻，或其他性质的负载；
3、对输入电压扰动有前馈控制作用，当系统输入电压波动时，控制速度和精度均优于常规PI控制；
4、此控制规律具有按输入信号补偿和按扰动补偿的两种复合控制的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请的复合控制框图；
图2为本申请的输出电压启动波形、负载变化时输出电压波形图；
图3为本申请的复合控制直流输入电压变化时输出电压波形图；
图4为本申请的PI控制直流输入电压变化时输出电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，buck变换器的一种复合控制方法，包括可控开关管VT和续流二极管VD，直流输入电压源uin连接在buck变换器的输入端，所述直流输入电压源uin的正极通过所述可控开关管VT和所述续流二极管VD接到所述直流输入电压源uin的负极，滤波电感L和滤波电容C串联后并在所述续流二极管VD的两端，所述滤波电容C的两端并联有可变负载电阻R，所述可变负载电阻R连接在所述buck变换器的输出端，buck变换器的输出电压uo的正极通过所述可变负载电阻R接到所述buck变换器的输出电压uo的负极，所述可变负载电阻R变化时，采用复合控制方法，能使所述buck变换器的输出电压uo保持恒定，期望输出电压uoref、所述buck变换器的输出电压uo和所述直流输入电压源uin作为复合控制器的输入参数，经过所述复合控制方法产生连续控制率d，所述连续控制率d通过PWM斩波处理产生等幅的PWM波，所述PWM波控制所述可控开关管VT，所述复合控制方法检测所述直流输入电压源uin和所述buck变换器的输出电压uo，在常规的PI控制规律基础上增加了前馈控制，其连续控制律为：
所述直流输入电压源uin的正极与所述buck变换器的输出电压uo的正极相对应，所述buck变换器的输出电压uo的负极与所述直流输入电压源uin的负极相对应。
在仿真中，设置直流输入电压源uin＝20V，其内阻为1Ω，期望输出电压uoref＝10V，可变负载电阻R＝10Ω，可控开关管VT的导通电阻为0.5Ω，续流二极管VD导通电阻为0.5Ω，开启电压为0.4V，滤波电感L的等效电阻为0.3Ω，滤波电容C的等效电阻为0.2Ω,其输出电压启动波形、负载变化时输出电压波形如图2所示，在0.02秒到0.04秒负载变化，图2中的第二个图为负载电流，从仿真波形上看，这种控制方法能使变换器输出的电压保持稳定，具有常规的PI控制的效果。
但当直流输入电压变化时，在0.02秒到0.04秒直流输入电压变化，其输出电压波形如图3所示。
如图4所示，由于复合控制对输入电压扰动有前馈控制作用，当系统输入电压波动时，控制速度和精度均优于常规PI控制。
工作原理：将buck变换器的直流输入电压uin前馈到控制量中，结合PI控制算法，得到连续控制率，并通过PWM斩波处理产生等幅PWM波，控制buck变换器的可控开关管VT。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (2)

1.buck变换器的一种复合控制方法，其特征是：包括可控开关管(VT)和续流二极管(VD)，直流输入电压源(uin)连接在buck变换器的输入端，所述直流输入电压源(uin)的正极通过所述可控开关管(VT)和所述续流二极管(VD)接到所述直流输入电压源(uin)的负极，滤波电感(L)和滤波电容(C)串联后并在所述续流二极管(VD)的两端，所述滤波电容(C)的两端并联有可变负载电阻(R)，所述可变负载电阻(R)连接在所述buck变换器的输出端，buck变换器的输出电压(uo)的正极通过所述可变负载电阻(R)接到所述buck变换器的输出电压(uo)的负极，所述可变负载电阻(R)变化时，采用复合控制方法，能使所述buck变换器的输出电压(uo)保持恒定，期望输出电压(uoref)、所述buck变换器的输出电压(uo)和所述直流输入电压源(uin)作为复合控制器的输入参数，经过所述复合控制方法产生连续控制率(d)，所述连续控制率(d)通过PWM斩波处理产生等幅的PWM波，所述PWM波控制所述可控开关管(VT)，所述复合控制方法检测所述直流输入电压源(uin)和所述buck变换器的输出电压(uo)，在常规的PI控制规律基础上增加了前馈控制，其连续控制律为：
2.根据权利要求1所述的buck变换器的一种复合控制方法，其特征是：所述直流输入电压源(uin)的正极与所述buck变换器的输出电压(uo)的正极相对应，所述buck变换器的输出电压(uo)的负极与所述直流输入电压源(uin)的负极相对应。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111371314A (zh) * 2020-02-28 2020-07-03 合肥同智机电控制技术有限公司 一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统

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CN111371314A (zh) * 2020-02-28 2020-07-03 合肥同智机电控制技术有限公司 一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统
CN111371314B (zh) * 2020-02-28 2022-04-19 合肥同智机电控制技术有限公司 一种Buck变换器输出直流电压抗负载扰动控制系统

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