一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子系统、电动汽车技术领域，具体设及一种用于非隔离充电 Buck电路中电感电流预测控制方法。
【背景技术】
[0002] DC-DC变换器具有转换效率高、体积小、控制精度高等优点，被广泛应用于各个领 域。而近年来，随着各国对电动汽车产业的大力发展，随之而来对周边产品的研发也逐渐受 到大力的关注。尤其是如何有效的进行电动汽车电池充电，成为了人们热口的研究的问题。 而且，近年来电动汽车电池不断的更新换代，新型高效的电池对充电装置的要求变得更加 的严格。由于Buck电路控制简单，所占的空间体积小，而被广泛应用于充电电路中。
[0003] 现如今，Buck电路控制有PI控制、重复控制、模糊控制等控制方法。但是大多数 都采用PI控制技术，它的显著特点是其不依赖变换器的模型，而是只需根据控制变量的误 差，通过动态调节开关管的占空比，实现对输出电压W及其它参数的控制。PI控制的优点是 控制系统设计过程简单、适用性较好；缺点是输出反馈控制的设计是基于目标误差的控制 而不是基于模型控制，动态响应特性较慢、控制效果较差，无法实现优化控制，无法满足开 关电源日益提高的动态响应和控制精度的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法， 解决了现有技术中存在的动态响应特性慢、控制精度差的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控 制方法，具体按照W下步骤实施：
[0006] 步骤1、采样Buck电路中的低压电压源的电压值v^、高压电压源的电压值Vh、（n-1) Ts时刻的电感电流值U(n-l)、（n-l)Ts周期内开关管的占空比Dbu(n-l)，
[0007] 其中，Ts为开关管的一个开关周期；
[0008] 步骤2、判断nTg时刻电感上的电流给定ibef(n)是否小于0,如果不小于0,转到步 骤3 ;如果小于0,则nTs周期内开关管的占空比D,(n) = 0,转到步骤9 ;
[000引步骤3、通过公式（1)计算nTs时刻的电感电流预测值/,(");
【主权项】
1. 一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其特征在于，具体按照以 下步骤实施： 步骤1、采样Buck电路中的低压电压源的电压值高压电压源的电压值vH、（n-1) Ts 时刻的电感电流值（n-l)T^期内开关管的占空比Dbu(n-1)， 其中，Ts为开关管的一个开关周期； 步骤2、判断印时刻电感上的电流给定i (η)是否小于0,如果不小于0,转到步骤 3 ;如果小于0,则nTs周期内开关管的占空KDx(n) = 0,转到步骤9 ; 步骤3、通过公式（1)计算111^时刻的电感电流预测值
L为电感值； 步骤4、判断+ 是否成立，如果成立，转到步骤5;如果不 成立，则印周期内开关管的占空比Dx(n) = 1，转到步骤9; 步骤5、将nTs时刻电感上的电流给定值i (η)赋值给nTs周期内电感电流的平均值 ((")，即：
通过公式⑴中得到的电感电流预测值计算1^周期内开关管的占空比Dbu(η):
其中，Dbt= ν^νΗ; 步骤6、根据公式（5)计算w (η):
判断w (η)多0是否成立，如果不成立，则转到步骤7 ;如果成立，则转到步骤8 ; 步骤7、根据公式（1)中得到的电感电流预测值又（《)计算期内开关管的占空比 Dbu (η)：
步骤8、根据公式（7)计算经过中值处理后的占空KDx(n):
其中
为nTs周期内稳态时开关管的占空比； 步骤9、产生占空比为Dx (η)的PWM波来控制开关管。
2.根据权利要求1所述的一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其 特征在于，得到所述步骤5中公式（4)的具体过程为： nTs周期内开关管开通过程中电感电流的增量Δ i u为：
其中，(η)为nTs周期内电感电流的最大值， 开关管开通过程中流过的电流平均值、【为：
在理想状态下，开关开通的时候，vH释放能量，它所释放的能量EmS :
vH释放能量的能量一部分储存在电感中，表现为周期内电感电流的变化量，这一部分 能量用AElj表不为：
另一部分供负载消耗表现为向\端充电，单周期内负载消耗的能量Ev^3 : (12) 在理想状态下，及忽略各种损耗，根据能量守恒得： Eon= AEL+EvL (13) 即得：
当开关管关断后，由于电感电流的连续性，电感将通过二极管向负载供电，所以电感中 的电流将自然下降，在这一阶段电感电流的衰减值△ I为：
在IiTs周期至（n+l)Ts周期内，电感电流由i?转变为ijn+l)，则通过公式⑶和公 式（15)得到〇1+1)1^时刻的电感电流U(n+1):
由于二极管的反向关断特性，电感电流无法连续衰减至负值，则ijn+l)存在一个不连 续点，表达式为：
3. 根据权利要求2所述的一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其 特征在于，得到所述步骤7中公式（6)的具体过程为： 当w(n) < O时即iL(n+l) = O代入公式（14)得：
4. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测 控制方法，其特征在于，所述步骤1中Buck电路包括低压电压源低压电压源\的负极 分别与高压电压源v H的负极、二极管D的正极连接，高压电压源V H的正极连接开关管S的 集电极，开关管S的发射极分别连接二极管D的负极、电感L。
5. 根据权利要求4所述的一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其 特征在于，所述开关管S为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关 器件。
【专利摘要】本发明公开了一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，通过上一时刻即(n-1)TS时刻的电感电流值iL(n-1)预测出下个时刻即nTS时刻的电感电流值然后根据功率守恒，根据预测的nTS时刻的电感电流值计算出nTS时刻开关管的占空比；再依据稳态期望值，对计算结果进行收敛处理，通过预测值以及稳态预测值直接计算出相应开关管的控制占空比，从而得到最终开关管的占空比Dx(n)，产生占空比为Dx(n)的PWM波来控制开光管，实现对nTS时刻电感电流的控制。本发明通过能量守恒得到占空比，而且通过能量守恒可以快速的计算出占空比，迅速跟踪给定，在给定突变时，也能快速的追踪给定，动态响应、控制精度明显提高。
【IPC分类】H02M3-156
【公开号】CN104753351
【申请号】CN201510151371
【发明人】张琦, 刘昭, 孙向东, 安少亮, 任碧莹, 张波, 赵双双
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月31日