Boost DC-DC变换器数字电流滞环控制的研究与改进

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近年来,开关电源快速发展并且已经被应用到了越来越多的领域,使得开关电源需求日益增大,人们对开关电源的要求也越来越高。随着对开关电源控制方法的深入研究,人们提出了更多的优化方法以及控制策略。本文所研究的电流滞环控制策略具有响应速度快,控制精度高,鲁棒性好,控制方式简单等优点,已被广泛应用。电流滞环控制Boost DC-DC变换器在稳态过程具有良好的性能,但是暂态过程使用同样的控制策略会导致暂态恢复过程时间过长。为了解决Boost DC-DC变换器暂态恢复过程时间过长的问题,分别对负载突增和负载突降的暂态过程进行详细的理论分析,根据电路负载跳变的工作过程建立数学模型,在电流滞环控制策略的基础上提出暂态控制策略。改进后的控制策略在Boost变换器处于稳态阶段时,沿用电流滞环稳态控制策略;若负载发生跳变,根据输出端负载的跳变情况判断输出电流是突增还是突降,若输出电流突增启动电流突增暂态控制策略,将开关管的导通时间延长,暂态恢复时间取决于电感电流的大小,若输出电流突降启动电流突降暂态控制策略,将开关管的关断时间延长,暂态恢复时间取决于输出电压的大小。根据设计要求,选择合适的参数在Matlab/Simulink环境下进行仿真验证,可知改进后的控制策略在负载发生跳变的情况下,可有效缩短暂态恢复过程时间并提高负载调整率,并且仿真结果与理论计算结果基本一致。以ARM-STM32F407ZGT6作为控制平台,制作样机并完成了硬件测试。实验结果表明,改进后的控制策略可有效缩短负载跳变过程的恢复时间,负载电流突增的暂态恢复时间由2ms缩短至2110μs,负载电流突降的暂态恢复时间由6ms缩短至342μs,同时提高了负载调整率,明显改善了变换器的动态特性。
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