Boost变换器BCM电流自恢复及数字预测纹波控制电路设计.docx资源-CSDN文库

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1. 引言

工作在临界导通模式(Boundary Conduction Mode, BCM)下的变换器因在中低负载下可

以实现高带宽，小尺寸和高效率，而被广泛用于功率因数矫正(Power Factor Correction,

PFC)，太阳能电池模块和中低功率应用中

[1-3]

.为了实现 BCM，利用零电流检测(Zero-

Current Detection, ZCD)电路是常见的方式，并且被用在多种控制方式中

[4-6]

.然而，ZCD 电

路带来的延迟可能在一些场合出现问题，比如随着开关频率的升高，具有相应匹配检测速

度的 ZCD 电路会增加总体成本、尺寸及功耗.而基于预测电流模式(Predictive Current Mode,

PCM)的控制策略是解决这些问题的潜在方法

[7-9]

.

为了在预测电流控制下实现 BCM，必须考虑电流建模精度和电感值误差.在采样频率

有限的情况下，变换器电感偏移是预测电流控制下实现 BCM 失败的主要原因.文献[7]研究

了在 BCM 中工作的 PFC 变换器中不同的数字预测电流控制策略.其中每个开关周期仅需要

一次电流采样，从而节省了成本并降低了控制复杂性.但当电感器偏离其标称值时，变换器

将无法保持稳定的 BCM 模式.为了解决电感偏差问题，许多研究集中在获取准确的电感值

上.相关方法包括：通过模型观测估算电感

[10]

，在线参数识别

[11-12]

和小信号注入

[13]

等.此外，

文献[14]还提出了一种基于电流斜率的在线电感调整方法.该方法通过在线调整电感参数以

实现 BCM 并进行峰值电流跟踪，但该策略需要在每个周期采样两次，并需要额外的计算.

本文提出了一种对电感值不敏感的数字预测纹波控制电路，该控制无需电流采样或

ZCD 即可计算实现 BCM 的开关导通/关断时间.基于考虑寄生参数后的阻尼模型，证明了即

使电感偏离其标称值，电感电流谷值依然会收敛为零.最后实验验证当标称值与实际值偏差

在 20%的时候，基于数字预测纹波控制的 boost 变换器实现了稳定的 BCM.

2. Boost 变换器的数字预测纹波控制及电感电流阻尼模型

2.1 Boost 变换器的数字预测纹波控制

图 1 所示为基于预测纹波控制的 boost 电路变换器框图.其中，R 是负载电阻，C 是电

路的输出电容，Q 主开关管管，Diode 是电路的二极管，L

a

是实际电感，v

in

是输入电压，

v

o

是输出电压，ADC 是数模转换模块，v

ref

是参考电压，e

v

是电压误差.控制系统采样输出电

压后，通过 PI (Proportion Integral)补偿器得出参考电流 i

ref

，预测纹波电流控制的输入为

i

ref

、v

in

和 v

o

，输出为主开关管一个周期的导通时间 T

on

和关断时间 T

off

，该时间通过调制器

与驱动提供主开关的驱动电平，完成在一个周期的控制.

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