1. 引言
现代 DC/DC 电源对电源的稳定性、准确性、动态特性都提出了更高的需求.传统以 PI
为代表的控制方式逐渐不能满足新电源的需要,近年有很多关于 DC/DC 变换器新控制方
法的研究,用以提升变换器的稳态和瞬态特性.传统的控制方法一般为线性模式,往往通过
分析小信号模型和进行前馈补偿优化响应.但因为变换器器件实际的非线性,它们的控制表
现仍有改善的空间
[1]
.一些研究中提出了非线性的控制方式如迟滞控制模式和滑膜控制,其
移除了传统控制中的前馈补偿而具有更好的动态特性,但这类非线性控制器的控制周期在
持续变动,且稳态误差难以消除
[2]
.针对特定电路进行特定方向优化的控制方式如 V
2
控制、
突发模式控制、主动电感技术、多模式控制、自调节控制在近年来不断被提出
[3-4]
.以上的控
制方式均为进一步优化特定变换器提供了指导.
DCMBoost 变换器因没有二极管反向恢复、不需要额外的滤波电感、电压控制环路易
于补偿、带宽高等特性在中低功率场合应用广泛.该变换器的众多控制方法中,基于电荷平
衡(charge balance principle,CBP)的控制方法具有在负载和线电压扰动时,最小化电压波
动、最短化震荡时间等优点,被视为是一种“最佳控制”方法
[5]
.因此一些研究进一步提出了
基于电荷平衡的结合负载电流估计的平均电流(CBPC)控制方法,其中负载电流估计显著降
低了负载变化带来的非线性效应,具有明显的控制优化效果
[6]
.进一步的寄生参数估计和参
数补偿在一些文章中提出
[7]
.但以上控制的负载电流估计方法本身存在的延迟和误差,导致
了理想闭环带宽和响应特性的下降
[8]
.变换器稳定性和鲁棒性有待进一步提升.
本文基于对上述电荷平衡控制方式中延迟和误差的分析,提出了差分外推(DE)的控制
方法,该方法缩短了 CBPC 控制中一个周期的负载估计时延,优化了 DCM Boost 电路瞬态
响应,该方法在负载扰动的情景表现突出,可为其它 DCM 转换器的控制提供参考.通过
Boost 样机的扰动实验表明对于输入、负载及参考电压变化的瞬态响应,DE 控制相对 PI
和 CBPC 控制具有更好的效果
[9]
.
2. 基于电荷平衡原理的平均电流模式控制方法
使用电荷平衡原理的电流控制方法在改进 DCM Boost 变换器的瞬态响应时被广泛使
用.基本的 CBPC 系统框图和关键电压电流波形图如图 1 所示,其中 v
in
代表输入电压,v
o
代表输出电压,v
ref
为参考电压,d
1
为开关占空比,i
ob
代表观测的平均电流,i
ref
代表参考电
流.
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