专利名称：定频滑模控制直流-直流变换器的控制方法及其控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流-直流变换器及其控制方法，具体来说是指 一种定频 滑模控制直流-直流变换器及其控制方法。
背景技术：
现有的降压变换器，升压变换器，升降压变换器，库克变换器，通常 采用线性化控制技术，在基本假设扰动信号频率比开关频率低得多的前提 下，利用状态空间平均法，列出开关变换器的分段线性状态方程，然后经 过平均和摄动处理，用线性状态方程来描述电路。在这种控制系统中，小 信号线性化模型是在固定的参数下的线性化处理，对系统参数的变化比较 敏感，当负载大范围变化，特别是带非线性负载时，开关变换器有动态响 应速度慢，输出波形有畸变等缺点。当今，直流-直流变换器的应用范围 越来越广，其性能要求不断提高，特别是要求变换器具有高的稳态精度的 同时具有快速的动态响应速度，传统的控制策略难以满足要求，各种采用 先进控制策略的直流-直流变换器成为研究的热点。滑模变结构控制是一 种非线性控制理论，对电力电子开关变换器具有天然的适用性，采用滑模 变结构控制的变换器具有稳态范围宽、动态响应快、鲁一奉性高、控制实现 简单等优点，在开关变换器中具有广泛的应用前景，但单纯的滑模控制直 流-直流变换器为变频工作方式，具有启动电流过大和滤波器难以设计的 缺点。发明内容本发明提供了一种定频滑模控制直流-直流变换器的控制方法，采用滑模控制和PWM控制结合的控制策略，由PWM控制环路确定工作点和 开关频率，由滑模控制环路增强动态响应速度和带非线性负载的能力，在 提高直流-直流变换器动态响应速度，增强带非线性负载能力的同时，可 获得稳定的开关频率。
一种定频滑^f莫控制直流_直流变换器的控制方法，在直流_直流变换器主电路上接入一结合滑模控制和PWM控制功能的控制电路；滑模控制 实现调制变换器的瞬态响应，增强变换器的动态响应速度和带非线性负载 的能力，PWM控制实现确定变换器工作点和开关频率，从而实现变换器 的定频滑模控制。本发明还提供了 一种基于上述控制方法的控制器。一种基于上述控制方法的控制器，接入直流-直流变换器和驱动电路 之间，所述的控制器包括滑模控制环路和PWM控制环路，滑模控制环路 和PWM控制环路输出端接入一 比较器，滑模控制环路用于调制变换器的 瞬态响应，增强变换器的动态响应速度和带非线性负载的能力，PWM控 制环路用于确定变换器工作点和开关频率；所述的滑模控制回路包括一减法器Ap —比例调节器A2、 一加法器 A3，减法器A!和比例调节器A2的输出端接入加法器A3的两输入端，减 法器A！的两输入端一端接入釆样变换器输出电压信号v。，另一端接入给 定电压信号 ，输出端输出误差信号接入加法器A3的一输入端；比例调 节器A2的两输入端一端接入采样输出滤波电容电流信号^ ，另 一端接地， 经比例调节器A2做比例调整后输出端接入加法器A3的另 一输入端，构成 滑才莫面函数 <formula>formula see original document page 4</formula>所述的PWM控制环路包括调制信号电路、两个减法器A4、 A6，减法 器A6的两输入端一端接入采样输出电压V。，另一端接入给定电压 .，输出端输出误差信号接入减法器A4的一输入端，调制信号接入减法器八4的 另一输入端，经减法器A4相减构成PWM函数<formula>formula see original document page 4</formula>然后，滑模面函数S和PWM函数P接入比较器A5，产生开关信号，经驱动电路控制变换器的开通关断。所述的调制信号为三角波或锯齿波。电流采样模式可采用传感器方式或电阻采样方式。滑才莫控制是一种非线性控制策略，对本质上为非线性结构的直流-直流变换器具有天然的适用性，它能对系统大的状态变化做出快速的反应， 使系统具有快速的动态响应能力；同时滑模控制具有强的鲁棒性，能较好 的调制系统的小信号变化，并具有较好的稳定性，但单纯的滑模控制具有 开关频率不固定的缺点，本发明添加PWM控制环路，确定变换器的工作
点，也就确定大信号的工作状态，并且确定了开关频率；稳态工作时滑模 控制环路调制小信号，滑模面基本为零，变换器开关状态主要由PWM控 制环路决定；当变换器状态量发生大的变化时，滑模控制环路会根据设计 做自动的调整，使系统快速的响应，并达到稳定的状态。对输入电压变化 较小的变换器，PWM控制环路可以采用开环的方式，这样整个变换器结 构最为简单。本发明具有快速的动态响应速度和宽的稳定范围，对非线性 负载具有良好适应性，能够满足高性能要求的应用场合。
图1为采用本发明控制器的定频滑模控制直流-直流变换器的结构示意 框图；图2为采用本发明控制器的定频滑模控制直流-直流变换器的电路结 构示意图；图3为降压(Buck)直流-直流变换器采用本发明控制器后的电路结 构示意图；图4为升压(Boost)直流-直流变换器采用本发明控制器后的电路结 构示意图；图5为升降压(Buck-Boost)直流-直流变换器采用本发明控制器后的 电路结构示意图；图6为库克(Cuk)直流-直流变换器采用本发明控制器后的电路图。
具体实施方式
图1、 2所示为采用本发明控制器的定频滑^^莫控制直流-直流变换器 的结构示意图，如图所示，该定频滑模控制直流-直流变换器，包括DC-DC 变换器主电路1 、控制器和驱动电路5;控制电路由滑模控制环路2和PWM 控制环路3组成，滑模控制环路2和PWM控制环路3的输出端接入比较 器4的两输入端后与驱动电路5连接，滑模控制环路2用于调制变换器的 瞬态响应，PWM控制环路3用于确定变换器的工作点；滑模控制回路2包括一减法器Ap —比例调节器A2、 一加法器A3，减法器A!和比例调节器A2的输出端接入加法器A3的两输入端，减法器Ai的两输入端一端接入采样变换器输出电压信号v。，另 一端接入给定电压
信号 ，输出端输出误差信号接入加法器A3的一输入端；比例调节器八2 的两输入端一端接入采样输出滤波电容电流信号(，另一端接地，经比例 调节器A2做比例调整后输出端接入加法器A3的另一输入端，构成滑模面PWM控制环路3包括调制信号电路、两个减法器A4、 A6，减法器 A6的两输入端一端接入采样输出电压v。，另 一端接入给定电压 ，输出端输出误差信号接入减法器A4的一输入端，调制信号接入减法器A4的另 一输入端，经减法器A4相减构成PWM函数;7 = ^(0-v。)；然后，滑模面函数S和PWM函数P接入比较器A5,产生开关信号，经驱动电 路5控制变换器的开通关断。图3所示为降压直流-直流变换器采用本发明控制器后的电路结构， 包括降压直流-直流变换器主电路11、滑模控制环路12、 PWM控制环路 13、比4交器14和驱动电路15。图4所示为升压(Boost)直流-直流变换器釆用本发明控制器后的 电路结构，包括升压(Boost)直流-直流变换器主电路21、滑模控制环 路22、 PWM控制环路23、比较器24、驱动电^各25。图5所示为升降压(Buck-Boost)直流-直流变换器采用本发明控制 器后的电路结构，包括升降压(Buck-Boost)直流-直流变换器主电路31 、 滑模控制环路32、 PWM控制环路33、比较器34、驱动电路35。图6所示为库克(Cuk)直流-直流变换器采用本发明控制器后的电 路结构，包括库克(Cuk)直流-直流变换器主电路41、滑模控制环路42、 PWM控制环路43、比4交器44、驱动电路45。
权利要求
1. 一种定频滑才莫控制直流-直流变换器的控制方法，其特征在于 在直流-直流变换器主电路上接入一结合滑模控制和PWM控制功能的控制电i 各；滑才莫控制实现调制变换器的瞬态响应，增强变换器的动态响 应速度和带非线性负载的能力，PWM控制确定变换器工作点和开关频 率，从而实现变换器的定频滑模控制。
2. —种基于如权利要求1所述控制方法的控制器，接入直流-直流变 换器和驱动电路之间，其特征在于所述的控制器包括滑模控制环路(2) 和PWM控制环路(3 ),滑模控制环路(2 )和PWM控制环路(3 )输出 端接入一比较器(4)，滑模控制环路(2)用于调制变换器的瞬态响应， 增强变换器的动态响应速度和带非线性负载的能力，PWM控制环路(3) 用于确定变换器工作点和开关频率；所述的滑模控制回路(2)包括一减法器Ap —比例调节器A2、 一加 法器A3,减法器Ai和比例调节器A2的输出端接入加法器A3的两输入端， 减法器A！的两输入端一端接入采样变换器输出电压信号v。，另一端接入 给定电压信号 ，其比例系数为k!,输出端输出误差信号接入加法器A3 的一输入端；比例调节器A2的两输入端一端接入采样输出滤波电容电流 信号t,另一端接地，其比例系数为k2，经比例调节器A2做调整后输出端 接入加法器A3的另 一输入端，构成滑才莫面函数s = ;所述的PWM控制环路(3)包括调制信号电路、两个减法器A4、 A6, 减法器A6的两输入端 一端接入采样输出电压v。，另 一端接入给定电压 ， 其比例系数为k4，输出端输出误差信号接入减法器A4的一输入端，调制 信号接入减法器A4的另一输入端，其比例系数为k3，经减法器A4相减构 成PWM函数;^V(0-^0v-v。)；然后，滑模面函数S和PWM函数P 接入比较器A5，产生开关信号，经驱动电路(5)控制变换器的开通关断。
3. 如权利要求2所述的控制器，其特征在于所述的调制信号为三 角波或锯齿波。
4. 如权利要求2所述的控制器，其特征在于电流采样模式可采用 传感器方式或电阻采样方式。
全文摘要
本发明的直流-直流变换控制方法，应用简单的模拟器件构建滑模控制环路和PWM控制环路，来实现直流-直流变换器的定频滑模控制。利用这种控制方法，可以控制降压变换器、升压变换器、升降压变换器、库克变换器等四种常规的直流-直流变换器。本发明结构简单，使变换器不但具有滑模控制的动态响应快，鲁棒性强的特点，而且具有恒定的开关频率，有利于滤波器的设计。
文档编号H02M3/155GK101123393SQ20071007031
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者涛 张, 皓 马 申请人:浙江大学