一种改善Boost变换器动态响应的控制方法与流程

本发明涉及一种boost变换器，具体为一种改善boost变换器动态响应的控制方。

背景技术：

目前，公知的boost变换器在连续工作模式下，由于电感电流不能突变，在一个工作周期里电感电流始终大于零。假设一个连续工作模式的boost电路已进入稳定运行状态，输出电压和负载电流稳定，电感电流连续。当负载电流突然增大时，输出电压将有下降的趋势，此时控制环路将增大开关管q的导通时间ton，以增大电感l的电流。但是导通时间ton的增加将会使关段时间toff减小(因为一周期的时间是固定的)。因为二极管d只在开关管q关段期间才导通，这样平均输出电流开始减小而不是增加。当试图增加输出电流时，这个直接影响将减小输出电流，这需要经过几个周期电感电流的增加来慢慢使它调整。从控制理论来看，当电感l的电流增大时，在这个瞬态过程闭环控制系统产生180度的相移。因此，将会使boost变换器的输出电压变得不稳定。

技术实现要素：

针对现有技术中boost变换器动态响应使变换器稳定性降低等不足，本发明提供一种可提高变换器工作稳定性的改善boost变换器动态响应的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种改善boost变换器动态响应的控制方法，包括以下步骤：

1)假设一个连续工作模式下的boost变换器已进入稳态，输出电压和负载电流稳定，电感电流连续；

2)对实时输出电压进行分析处理，通过计算进行判断，其公式如下：

vin·ton≥1.2·(vo-vin)·(t-ton)(1-1)

vin·ton≤1.1·(vo-vin)·(t-ton)(1-2)

其中，vin为输入电压采样值，vo为输出电压采样值，t为开关管q的开关周期，ton为q的导通时间；

3)若公式(1-1)成立，则变换器进入变频控制。

在变频模式时，开关管q的关断时间toff为：

在变频模式下，当公式(1-2)成立时，变换器退出变频模式，自动进入定频模式；若公式(1-2)不成立，变换器循环进入变频模式。

本发明还包括步骤4)，根据电压实时数据，限制最大占空比，其公式为：

其中，ton_max为开关管q的最大导通时间，vin为输入电压采样值，vo为输出电压采样值，t为开关管q的开关周期。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明改善了boost变换器的动态响应，使变换器即使在连续模式下工作也能稳定工作，防止动态时电感饱和。

2.本发明降低了开关管q和二极管d的电流应力，降低了控制环路的难度。

附图说明

图1为本发明方法采用的硬件结构示意图；

图2为本发明方法控制逻辑示意图；

图3为传统boost变换器控制方法动态响应波形图；

图4为本发明的动态响应波形图。

其中，l为电感，q为开关管，d为二极管。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明一种改善boost变换器动态响应的控制方法，包括以下步骤：

1)假设一个连续工作模式下的boost变换器已进入稳态，输出电压和负载电流稳定，电感电流连续；

2)对实时输出电压进行分析处理，通过计算判断两者值的大小，其公式如下：

vin·ton≥1.2·(vo-vin)·(t-ton)(1-1)

vin·ton≤1.1·(vo-vin)·(t-ton)(1-2)

其中，vin为输入电压采样值，vo为输出电压采样值，t为开关管q的开关周期，ton为q的导通时间；

3)若公式(1-1)成立，则变换器进入变频控制。

在变频模式时，开关管q的关断时间toff为

在变频模式下，当公式(1-2)成立时，变换器退出变频模式，自动进入定频模式；若公式(1-2)不成立，变换器循环进入变频模式。

本发明还包括步骤4)，根据电压实时数据，限制最大占空比，其公式为：

其中，ton_max为开关管q的最大导通时间，vin为输入电压采样值，vo为输出电压采样值，t为开关管q的开关周期。

如图1所示，为本发明一种改善boost变换器动态响应的控制方法采用的硬件结构示意图。如图2所示，本发明通过软件控制实现，假设一个连续工作模式的boost变换器已进入稳态，输出电压和负载电流稳定，电感电流连续。当负载电流突然增大时，输出电压将有下降趋势，此时控制环路将增大q的导通时间ton，以增大电感l的电流，此时ton由环路计算所得，且为已知。根据电感l两端伏秒平衡，即：

vin·ton＝(vo-vin)·toff

由于输出电压的降低，会导致

本发明共有两条控制措施。此时启动第一条控制措施：变频控制方式。启动条件为：

vin·ton≥1.2·(vo-vin)·(t-ton)

启动之后的toff由原来的t-ton变为

vin、vo为前一周期采样值，ton为前一周期环路计算值。如此即可限制由于负载突变时造成的电感l电流的迅速上升甚至饱和，同时由于toff的增加，会进一步增大输出电流平均值，加快输出电压的回升，此变频控制方式需增加退出机制，即

vin·ton≤1.1·(vo-vin)·(t-ton)

t为定频控制时的开关周期，即退出变频控制，进入定频控制。

第二条措施即为最大占空比限制。根据boost连续模式，可以理论计算临界连续及连续占空比，即

t为定频控制时的开关周期，vin为输入电压采样值，且经慢滤波防止动态时产生较大波动。vo为输出电压采样值，考虑回路损耗及各种误差，可适当放大ton。根据大量实践经验，一般取ton(1+5％)足可以满足要求，其目的就是动态时限制最大ton输出，进一步限制电感l电流的变化量。

通过公式(2-1)可计算出boost变换器开关管q的最大导通时间，即变换器的最大占空比。

如图3所示，为传统boost变换器控制方法动态响应波形图；由该图可知，动态时电感电流峰值为42a，波动较大，且恢复周期长。

图4为本发明的动态响应波形图，可见通过本发明方法进行控制的变换器，动态时电感电流峰值为35.2a，波动较小，且恢复周期短。

综上，本发明大大改善了原有boost动态波动大的缺点，使boost变换器即使在连续模式下也能稳定工作，避免了动态时电感饱和的风险，降低了开关管q和二极管d的电流应力。