专利名称：降压型变换器输入侧平均电流的控制方法
技术领域：
本发明公开了降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，属于电力电子技术领域。
背景技术：
近20年来，电力电子技术得到了快速发展，各类电力电子变换器在化工、通信等领域得到了广泛应用，从输入、输出电压之间的大小关系可以将其分为升压型(简称boost)、降压型(简称buck)，以及升/降压型变换器。目前，在中、大功率场合，尤其是功率因数校正场合，boost变换器得到了广泛应用。Buck变换器输入电流断续，因此多用于小功率变换场合，应用相对有限。近年来，升/降压型变换器，特别是双管级联型buck-boost、boost-buck变换器得到了国内外学者的广泛关注，涉及boost和buck两种变换器的控制，而且对输入电流多采用传统的线性控制方案，即平均电流控制技术。目前，boost变换器控制技术已经较为成熟，而buck变换器应用场合较少,控制技术相对有限。从改善buck变换器本身性能，或提高升降压型变换器控制性能角度出发，有必要对buck变换器的电流控制技术进行完善，发展更为有效的控制方法。目前，在Buck变换器控制领域，较为成熟的电流控制方法有三种峰值电流控制、传统平均电流控制(比例-积分控制，简称PI控制)，以及电荷控制。采用峰值电流控制方案时，为确保系统稳定，通常加入斜坡补偿。由于峰值电流与平均电流并不一一对应，尤其是电流纹波较大时，两者差异更加明显，因此在对输入电流或输出侧电感电流的控制精度要求较高的场合，峰值电流控制方案并不合适，例如功率因数校正场合和恒流充电应用场合等。目前，buck变换器中的平均电流控制指的是对输出侧滤波电感电流的控制，使其平均值跟踪参考值，而非直接控制输入侧的平均电流；buck变换器采用传统平均电流控制方案时，电流环动态响应速度较慢。电荷控制方案为一种非线性电流控制方案，电流环的动态响应速度比传统PI控制方案好。但是，由式(I)可以看出，采用该方案时，输入电流平均值与电压控制器的输出值之间存在一比例关系，而非完全相等，这在直流-直流变换器下并无问题，但在某些特殊场合，例如需要真正实时跟踪电流参考值的应用场合，必须确保积分电路的电容与开关周期取值相等，这不仅给电路参数设计增加了约束，而且在实际中因为电路参数温度漂移等问题也使得上述跟踪控制的目标很难实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了降压型变换器输入侧平均电流的控制方法。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，使降压型变换器中输入侧开关管电流跟踪输入电流基准值，具体包括如下步骤步骤1，将降压型变换器输出电压取样值Kv* V。作为比较器的输入量，再用所述比较器求得输出电压基准值与该降压变换器输出电压取样值的差值,其中Kv为小于I的常数，表示输出电压取样系数，V。为降压变换器实际输出电压；步骤2，利用步骤I中所述的差值计算输入电流基准值r ；步骤3，以上一个采样周期内滤波电感电流平均值的取样值〈D作为占空比运算单元的第一个输入量，将步骤2所述的输入电流基准值放大Ki倍后作为占空比运算单元的第二个输入量，用第二个输入量除以第一个输入量，运算结果作为当前开关周期内降压变换器开关管的导通占空比，其中=Ki为小于I的常数，表示电流取样系数。所述降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，当降压变换器用于直流-直流变换场合时，步骤2的具体实施方法如下由步骤I所述的差值作为PI控制器输入量，PI控制器输出量即为输入电流基准值i*。所述降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，当降压变换器用于交流-直流变换场合时，步骤2的具体实施方法如下由步骤I所述的差值作为PI控制器输入量，PI控制器输出量乘以放大倍数后得到输入电流基准值;其中，所述放大倍数为降压型变换器输入电压取样值kvin| vin|, kvin为小于I的常数，表不输入电压取样系数。本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果将降压型变换器输入电流平均值控制在给定值的同时具有良好的动态性能；控制方法简单，因此特别适用于对输入电流控制精度要求较高的低成本降压变换场合。
图1为开关管电流峰值控制方案的示意图。图2为输出侧滤波电感电流峰值控制方案的示意图。图3为传统平均电流控制方案的示意图。图4为电荷控制方案的示意图。图5为buck直流-直流变换器各支路开关周期平均电流的示意图。图6为buck直流-直流变换器输入侧平均电流控制方法示意图。图7为正激变换器输入侧平均电流控制方法示意图。图8为buck交流-直流变换器输入侧平均电流控制方法示意图。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明峰值电流控制方案根据电流取样点的不同可分为两种取样并控制开关管电流is的峰值，以及取样并控制输出侧滤波电感电流k的峰值，分别如图1、图2所示。通过对上述两个峰值电流的控制，都实现对输出电压的控制，且电压控制器都采用了 PI控制，电压控制器的输出作为is、iL的峰值参考，即is—Mf、iL_refo如图3所示，平均电流控制方案通过取样并控制输出侧滤波电感的平均电流，实现对输出电压的控制。对输出电压的控制采用PI控制，PI控制器的输出作为输出侧滤波电感电流的参考值。电流误差信号再进行比例积分运算，运算结果作为调制波，与三角载波交截，得到开关占空比。如图4所示，在电荷控制方案下，对输出电压的控制仍然采用PI控制，控制器的输出V。/与电容Ct两端的电压进行比较，当Ct两端电压等于V。/时，将开关管S关断，同时将St闭合，并对Ct放电。在下一个开关周期初始时刻，触发信号强行将S开通，并将St断开。假设开关周期为Ts，任意开关周期内is的平均值为<is>，则按照上述控制方案，可得式(I):
权利要求
1.降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，其特征在于使降压型变换器中输入侧开关管电流平均值跟踪输入电流基准值，具体包括如下步骤 步骤I，将降压型变换器输出电压取样值Kv V0作为比较器的输入量，再用比较器求得输出电压基准值与降压变换器输出电压取样值的差值,其中KV为小于I的常数,表不输出电压取样系数，V。为降压变换器实际输出电压； 步骤2，利用步骤I中所述的差值计算输入电流基准值； 步骤3，以上一个采样周期内滤波电感电流平均值的取样值〈D作为占空比运算单元的第一个输入量，将步骤2所述的输入电流基准值放大Ki倍后作为占空比运算单元的第二个输入量，用第二个输入量除以第一个输入量，运算结果作为当前采样周期内降压变换器开关管的导通占空比，其中=Ki为小于I的常数，表示电流取样系数。
2.根据权利要求1所述的降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，其特征在于当降压变换器用于直流-直流变换场合时，步骤2的具体实施方法如下由步骤I所述的差值作为PI控制器输入量，PI控制器输出量即为输入电流基准值i*。
3.根据权利要求1所述的降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，其特征在于当降压变换器用于交流-直流变换场合时，步骤2的具体实施方法如下由步骤I所述的差值作为PI控制器输入量，PI控制器输出量乘以放大倍数后得到输入电流基准值;其中，所述放大倍数为降压型变换器输入电压取样值kvinI Vin|，kvin为小于I的常数，表示输入电压取样系数。
全文摘要
本发明公开了降压型变换器输入侧平均电流的控制方法，属于电力电子技术领域。所述控制方法采集降压型变换器的输出电压，再用输出电压基准值与该输出电压取样值求差得到电压误差信号，将该误差信号送入比例-积分(简称PI)控制器进行运算便得到输入电流基准值，在此基础上，用输入电流基准值乘以电流取样系数，再除以上一个采样周期内滤波电感电流平均值的取样值，便得到当前开关周期内的开关管的导通占空比。本发明降压型变换器输入侧平均电流的控制方法将降压型变换器输入电流平均值控制在给定值的同时具有良好的动态性能。控制方法简单，特别适用于对输入电流控制精度要求较高的低成本降压变换场合。
文档编号H02M3/156GK103066844SQ201210551230
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者毛鹏 申请人:南京信息工程大学