Boost变换器滑模变结构控制策略的研究
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Boost变换器滑模变结构控制策略的研究
1引言本文引用地址： 常用的开关电源的闭环系统，一般是以DC-DC变换器的线性平均模型为基础，构造PID控制器对系统行为进行调节。然而，DC-DC变换器的开关特性决定了它本质上是一个非线性系统，因此基于线性平均模型构造的控制系统，不能保证DC-DC变换器可以稳定工作在大负载范围内[1]。 是一种在工业中得到广泛应用的DC-DC变换器，例如开关电源中的功率因数校正环节，光伏逆变器中的最大功率点跟踪MPPT环节等。然而，的交流小信号模型传递函数存在着右半平面零点，使得常规的单电压闭环反馈线性控制会产生稳定性问题，难以得到满意的效果。 属于变结构控制的一种。最早的滑模控制应用于军事领域，用来解决导弹的姿态问题和火炮随动系统的控制问题。它的研究始于对动力学系统的研究。自从滑模控制理论面世以来，它以其特有的优异特性，如对系统内部参数不确定性不敏感，很强的抗扰动特性等，引起了学界广泛的关注。2的状态空间模型图1Boost变换器拓扑结构 Boost变换器的拓扑结构如图1所示。Boost变换器根据电感电流的状态，分为电感电流连续（CCM）和电感电流断续（DCM）两种工作模式。电感电流连续是指在一个开关周期内，电感电流永远不会为零。在电感电流连续模式下，Boost变换器有两个工作模态[2]： ①开关管Q开通时，电源E向电感L储能，不向负载提供能量。输出端电容C向负载提供能量。电感电流iL线性增加。如图2（a）所示； ②开关管Q断开时，电源和电感同时向负载提供能量，并且为电容充电。电感电流iL线性减少。由于电感L向外提供能量，所以电感两端电压反向。如图2（b）所示。 工作于CCM模式下的Boost变换器可以被描述为： （1） 其中u为符号函数，表征了开关状态。u=0开关管关断，u=0开关管开通。（a）（b）（c） 图2Boost变换器的工作模态：（a）工作模态1：Q导通；（b）工作模态2（a）：Q关断；（c）工作模态2（b）Q关断，电感电流断续。
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hffsjdy离线LV2本网技师积分：153|主题：1|帖子：18积分:153LV2本网技师 16:41:01
最近在看《变压器与电感器设计手册》一书，对第7章里电感及变压器的设计公式有一些疑问，如下面的断续模式的BOOST变换器的电感设计公式：
我自己推导时分母中还有一项（1-Dw）,请各位帮忙看看，书里的公式是怎么得到的。
拓扑如下：
greendot离线LV10总工程师积分：20111|主题：0|帖子：5984积分:20111LV10总工程师 22:54:53倒数8&公式有问题，那个平方号2应该不存在。 ||
greendot离线LV10总工程师积分：20111|主题：0|帖子：5984积分:20111LV10总工程师 22:42:34倒数7&之前看错了，以为是IL的平均值，是输出电流 Io的话，分母应该有个(1-Dw)项。 ||
hffsjdy离线LV2本网技师积分：153|主题：1|帖子：18积分:153LV2本网技师 12:58:52倒数6&谢谢啊，应该是书错了吧 ||
greendot离线LV10总工程师积分：20111|主题：0|帖子：5984积分:20111LV10总工程师 13:15:26倒数5&也许作者认为(1-Dw)接近1，略去，算出来的Lmax反而有点裕量。 ||鸡腿离线LV8副总工程师积分：4548|主题：32|帖子：1718积分:4548LV8副总工程师 14:43:05倒数4&图示中的周期T，怎么不把死区那一小截包含进去啊。看的有些别扭。 ||
greendot离线LV10总工程师积分：20111|主题：0|帖子：5984积分:20111LV10总工程师 16:20:39倒数3&T 包含死区(tw)了啊。 ||
鸡腿离线LV8副总工程师积分：4548|主题：32|帖子：1718积分:4548LV8副总工程师 08:14:36倒数2&是我看错了。 ||
hffsjdy离线LV2本网技师积分：153|主题：1|帖子：18积分:153LV2本网技师最新回复 15:52:01倒数1&我想可能是L的下标有个MAX的原因，处于断续模式又没有进入连续模式，电感的最大值是临界模式时的值，所以Dw=0了。谢谢你！ ||
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用3842做的boost电路,驱动波形问题,以及电感电流在峰值处有震荡
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次谐波振荡
结合近代电流型驱动的二相混合式步进电动机系统的实际，分析了典型振动物特性的特点。用次谐波振荡的理论分析了ｆｃｐ＝ｎ１ｆ０首产生较明显振荡的机理，提出了改善的措施及进一步改进的方向，提出用变参考电流幅值控制来抑制高频不稳定性的方法，理论分析和实验表明该方法效果明显。
针对峰值电流控制中产生次谐波振荡的问题，阐述了峰值电流控制的不稳定性及原因，研究了斜坡补偿与系统稳定性的关系，给出了实际斜坡补偿电路及设计方法。
对峰值电流模式开关电源的次谐波振荡进行了系统研究，包括其产生原因、导致后果、解决方法及具体电路实现。定性分析了次谐波振荡产生的原因，从2个角度分别定量地对其进行深入研究，分析了上斜坡补偿和下斜坡补偿2种避免次谐波振荡的方法，并基于3种最基本的开关电源拓扑（Buck，Flyback和Boost）给出了具体的斜坡补偿电路，采用Hspice仿真得到不同斜率的斜坡补偿信号和自调节斜坡补偿信号。
Supertex推出闭环控制LED驱动器HV9963。该芯片具有PWM调光功能，包括1个带有三态输出的1．0MHz跨导放大器。该放大器在检测过程中关闭反馈回路，并提供精准的电流控制，可同步应用在多个LED驱动器上，以防止发生与驱动多个驱动器系统相关的次谐波振荡。它采用16引线SOIC封装，工作在恒定频率模式下，用于各种转换器拓扑，如降压、升压和SEPIC。
为使采用峰值电流模式控制方法的电流环在不做斜坡补偿的情况下能在很宽的占空比范围内稳定工作，文中提出了控制关断时间的峰值电流模式准PWM控制方法。该方法通过输入输出电压或占空比的反馈独立控制关断时间以维持开关周期的恒定，并使电流环电感电流扰动偏差无法再逐周期传递，从而消除了次谐波振荡的可能。由于峰值电流限值本身的纠偏作用，电流环电感电流的扰动偏差在单周期内即可被消除，动态调节时间极短，因此应用此方法的电流环具有高度的稳定性和快速性。仿真与实验结果验证该控制方法及其分析的正确性。
飞兆半导体公司推出FAN7340和FAN73402单通道升压控制器（带集成式高电压调光MOSFET），适合高功率照明应用，如适用于3D电视和显示器的LED背光等。这些背光驱动升压开关器件使用带有可编程斜率补偿的电流模式控制拓扑结构来防止次谐波振荡。这些设备带有内部调光和模拟脉冲宽度调制（PWM）设计，可通过快速PWM调光响应来克服DCM升压转换器的短期下降问题。
针对boost型DC-DC变换器,研究基于输出电容ESR纹波电压的预测调制控制策略.首先提出了无需电流采样,并采用输出电容ESR纹波电压的双环控制系统.其次,为了提升DC-DC变换器系统性能,引入了预测调制策略,可以提高变换器瞬态响应速度,减小由输入电压及负载变化引起的扰动.同时,为避免次谐波振荡,采用谷值后缘预测调制技术.最后,对该变换器进行Simulink仿真,结果表明,采用基于输出电容ESR纹波电压的双环控制,结合谷值后缘预测调制技术,可以稳定变换器输出电压,提升瞬态响应性能.该策略无需电流采样以及谐波补偿等模块,能够有效降低硬件成本.
以电感电流伪连续导电模式（pseudo-continuous conduction mode,PCCM）下Buck变换器为例,通过对开关变换器的开关模态的完整描述,建立了PCCM Buck变换器的精确离散时间模型.基于该模型,研究了PCCM Buck变换器在负载电阻、电感等效串联电阻、电感、电容、参考电流和输入电压等电路参数变化时的分岔行为,并揭示了变换器存在的次谐波振荡、倍周期分岔和混沌等复杂动力学行为.基于分段光滑开关模型的数值仿真,得到变换器在不同负载电阻下的时域波形图和相轨图,验证了离散时间模型的正确性.理论分析和仿真结果表明：PCCM Buck变换器更适合工作在轻载条件,加大负载会导致变换器工作状态的失稳以及工作模式的转移;电感的等效串联电阻对变换器稳定性具有一定程度的影响,且等效串联电阻越大,变换器越稳定.研究结果对于设计与控制PCCM Buck变换器具有重要意义.
峰值电流型功率因数校正升压（PFC Boost）变换器运行时会产生次谐波振荡与混沌现象，影响电路的稳定运行，通常采用固定斜坡补偿或分段固定斜坡方法进行抑制，但是固定斜坡补偿方法来自于DC.DC Boost变换器，用于PFC Boost变换器具有不可克服的缺陷。该文提出了一种能够彻底消除电路中次谐波振荡的动态斜坡补偿方法，并以110 V/200 W的PFC Boost变换器为研究对象，利用Matlab/Simulink进行了仿真和验证分析。结果表明，所提出的动态斜坡补偿方法可实现次谐波振荡抑制和单位功率因数校正的双重功能。
分析了Boost变换器的输出电压纹波，将谷值V^2控制技术应用于Boost变换器。详细分析了谷值V^2控制Boost变换器的工作原理，讨论了系统的稳定性，研究了斜坡补偿对其稳定性的影响。搭建了基于PSIM软件的仿真模型和实验平台，仿真及实验结果表明：工作于连续导电模式的谷值V^2控制Boost变换器稳定工作范围为占空比大于0．5；在占空比小于0．5时会发生次谐波振荡，该次谐波振荡可以通过加入适当的斜坡补偿有效地消除。
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关于电流型控制Boost电路小信号建模
来源：电源网综合
编辑：小饼
由于电流型控制法具有快速响应性、准确性以及具有负载过流保护等优点被广泛应用在脉宽调制（PWM）DC/DC直流变换器中。描述直流变换器开环传递函数可以用来了解变换器本身特性并为闭环控制器的设计提供参考。本文利用平均电路法建立了PWM
DC/DC Boost电路在电流连续模式（CCM）下的小信号模型。
一、Boost变换器平均电路模型的建立
图1 boost电路
图2 boost电路CCM平均模型
根据相关文献可以得到Boost电路（图1）的平均电路模型如图2所示。用电流源Qi代替通过主开关器件MOSFET的平均电流，用电压源Dv代替二极管两端的平均电压。
根据相关文献得到：
Lr为电感等效串连阻抗，DSr为主开关器件的导通阻抗，RF为二极管的前向导通阻抗。
设在稳态运行时电感电流和输出电压分别为V0和IL,在稳态量的基础上引入扰动，得到：
其中，^d、^Li和^0v为扰动量。
当扰动量非常小时，即
可以忽略上面两式中的高阶无穷小分量，得到下式：
根据（1）、（2）两式，得到图3所示的Boost变换器大信号模型。
图3 boost电路电流连续模式下大信号模型
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