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基于电容电荷平衡的DC/DC变换器的数字控制算法

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电工技术学报 2009年第5期24卷 80-85页

作者：陈乐柱刘雁飞安徽工业大学电气信息学院马鞍山243002

利用电容电荷平衡原理来推导出直流/直流变换器的动态控制算法。介绍了变换器在负载电流突变和输入电压突变时的最优算法模型,详细分析了如何减少输出电压的波动以及缩短恢复时间以提高变换器的动态响应。试验结果验证了这两种算法的有... 详细信息

利用电容电荷平衡原理来推导出直流/直流变换器的动态控制算法。介绍了变换器在负载电流突变和输入电压突变时的最优算法模型,详细分析了如何减少输出电压的波动以及缩短恢复时间以提高变换器的动态响应。试验结果验证了这两种算法的有效性,在25W、400kHz的同步整流Buck变换器中,应用该控制算法使得直流/直流变换器的动态响应达到最优。

关键词： DC/DC变换器数字控制算法电压波动电容电荷平衡

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基于电容电荷平衡的Boost型变换器控制研究

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电子科技大学学报 2013年第2期42卷 244-248页

作者：方炜邱亚杰刘晓东刘雁飞安徽工业大学电力电子与运动控制重点实验室安徽马鞍山243002 皇后大学电子与计算机工程系

针对Boost型功率变换器的常规控制算法存在系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于电容电荷平衡原理提出一种新的非线性控制方案。该控制方案采用线性/非线性相结合的复合控制方法,当Boost变换器工作在稳态时采用传统的电压模式控制算法... 详细信息

针对Boost型功率变换器的常规控制算法存在系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于电容电荷平衡原理提出一种新的非线性控制方案。该控制方案采用线性/非线性相结合的复合控制方法,当Boost变换器工作在稳态时采用传统的电压模式控制算法,而当负载电流发生跃变时,则采用非线性控制算法,通过电容电荷平衡控制计算开关管开通和关断的切换时间,从而保证Boost变换器获得最佳的动态性能。对自制的样机进行仿真验证和实验研究,结果表明,该方案能明显改善Boost型DC/DC变换器的超调量、调节时间等动态性能。

关键词： Boost变换器电容电荷平衡动态响应非线性控制

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电容电荷平衡控制技术的研究进展与分析

电源学报 2012年第2期10卷 90-94页

作者：郭晓君林维明福州大学电气工程与自动化学院福州350108

随着高性能数据处理设备的迅速发展,电力电子供电设备动态响应的要求也越来越高。先进控制技术是提高变换器动态响应的一种有效的方法。近年来提出的基于电容电荷平衡准则的控制策略可以使变换器既具有快速负载动态响应又有较高的效率... 详细信息

随着高性能数据处理设备的迅速发展,电力电子供电设备动态响应的要求也越来越高。先进控制技术是提高变换器动态响应的一种有效的方法。近年来提出的基于电容电荷平衡准则的控制策略可以使变换器既具有快速负载动态响应又有较高的效率。这种控制策略大致可以分为两类:仅通过控制电路来实现快速负载响应;通过控制电路和改变主电路的结构来实现快速负载响应。文中回顾了近年来电容电荷平衡控制技术的研究进展,并分析讨论了它们的特点。

关键词：控制策略电容电荷平衡非线性负载动态特性

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三端口整流器面向脉冲负载频率突降控制策略

航空学报 2024年

作者：栾信宇王宇吴章武南京航空航天大学自动化学院

三端口脉冲功率解耦-整流器利用功率解耦的控制思想，有效消除了以机载雷达为代表的脉冲功率型负载对供电系统造成的不利影响，其采用的传统电压外环比例积分(proportional integral，PI)控制在脉冲频率改变时难以做到最优动态控制效果... 详细信息

三端口脉冲功率解耦-整流器利用功率解耦的控制思想，有效消除了以机载雷达为代表的脉冲功率型负载对供电系统造成的不利影响，其采用的传统电压外环比例积分(proportional integral，PI)控制在脉冲频率改变时难以做到最优动态控制效果。针对脉冲频率突降时由于功率反向传输导致的电压波动问题，从三端口整流器功率传输的角度分析，提出了一种基于功率重新分配的电容能量平衡控制(capacitive energy balance control，CEBC)算法。指出脉冲负载频率突降与突增的不同之处，与频率突增不同，突降过程要减小交流源输出功率，过低的功率在影响动态控制效果的同时还会造成稳态端口电压波动。为此从动态过程功率传输的角度对CEBC的具体实现方式进行理论分析，通过仿真对比了不同功率分配结果的电压控制效果，确定两级式结构具有最佳的动态控制效果。最后通过实验验证了所提方案的可行性。实验结果表明，采用两级式功率传输的CEBC方法可以有效减少系统响应时间，提升动态响应能力。

关键词：三端口整流器脉冲负载动态响应电容电荷平衡能量平衡控制

辅助电压源串联的快速负载瞬态响应DC/DC变换器研究

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辅助电压源串联的快速负载瞬态响应DC/DC变换器研究

作者：马俊文重庆大学

学位级别：硕士

超高速的精密电子设备,如微处理器,通讯设备和计算机等,对低压大电流DC/DC变换器的瞬态响应特性有着非常高的要求,目前已超过20m V/μs（动态电压/调节时间）。针对此技术挑战,本文探索了基于功率拓扑和控制策略复合调节的动态性能提升... 详细信息

超高速的精密电子设备,如微处理器,通讯设备和计算机等,对低压大电流DC/DC变换器的瞬态响应特性有着非常高的要求,目前已超过20m V/μs（动态电压/调节时间）。针对此技术挑战,本文探索了基于功率拓扑和控制策略复合调节的动态性能提升技术,负载动态时引入电压源串联以改善电流变化速率,同时辅以电容电荷平衡调节方案,实现DC/DC变换器的负载瞬态最优调节。由稳态控制和电容电荷平衡动态控制复合的切换控制器,用以保证负载瞬态最优DC/DC变换器良好的稳态性能。本文完成的主要工作及取得的成果如下:首先,提出输入电压源串联型单相Buck变换器。针对目前DC/DC变换器瞬态性能不能满足实际需求的问题,提出复合了输入电压源串联和电容电荷平衡控制方案的单相Buck变换器系统。输入电压源串联电路增大电感电流下降段斜率,电容电荷平衡控制器保证改进的Buck变换器的负载瞬态最优调节,两者共同实现低压大电流Buck变换器瞬态性能地提升。切换控制器的稳态控制采用电容电流滞环控制器,用以保证变换器良好的稳态性能。给出了输入电压源串联电路的实现方案,设计了电容电流滞环控制器和电容电荷平衡控制器,仿真和实验验证了所提单相Buck变换器的有效性和可行性。其次,提出辅助电容串联型单相Buck变换器。为进一步提高单相Buck变换器电感电流下降段斜率,提出辅助电容串联法。辅助电容串联法是在上述输入电压源串联法的基础上再串联一个电容,该方法使电压源串联法更具有一般性,不再局限于输入电压源。给出了辅助电容电路的设计依据,设计了两种不同负载跳变模式下的电容电荷平衡控制器并给出了所提变换器系统的实现方案。仿真和实验结果表明所提辅助电容串联型单相Buck变换器能进一步提高单相低压大电流Buck变换器的瞬态性能。最后,探索了输入电压源串联型多相Buck变换器。对于电流非常大的应用场合,低压大电流DC/DC变换器主要为多相Buck变换器,为此,将所提电压源串联法推广到多相Buck变换器。重点讨论了输入电压源串联型多相Buck变换器的原理。为方便实现,以两相Buck变换器为研究对象,设计了平均电流均流控制器,给出了变换器系统的实现方案。仿真和实验结果验证了所提多相Buck变换器的有效性和可行性。

关键词：电压源串联电容电荷平衡快速瞬态响应 DC/DC变换器

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开关变换器的数字控制研究

开关变换器的数字控制研究

作者：陈亚爱北方工业大学

学位级别：硕士

开关变换器的控制技术是建立在模型之上的,由于开关调节系统是一个高阶-离散-非线性-时变的病态控制系统,要建立精确的解析模型很困难。传统的控制方法是建立在低频小信号分析上的、所采用的控制技术应用于大信号条件下的系统可能是不... 详细信息

开关变换器的控制技术是建立在模型之上的,由于开关调节系统是一个高阶-离散-非线性-时变的病态控制系统,要建立精确的解析模型很困难。传统的控制方法是建立在低频小信号分析上的、所采用的控制技术应用于大信号条件下的系统可能是不稳定的。目前,开关调节系统的非线性控制技术或先进的控制策略已成为研究热点之一,但这些优越的控制策略一般用模拟电路很难实现或根本无法实现。研究开关变换器的数字控制,无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。论文以Buck变换器为例对开关调节系统的模拟控制和数字控制进行了深入分析和研究。模拟控制是传统控制方式,论文以能量守恒为基本思想,用三端开关器件模型法,研究连续导电模式下非理想变换器的模型,建立了Buck变换器的小信号精确模型,用实验和仿真的方法验证了模型的正确性。在此基础上对电压控制和峰值电流控制型开关调节系统进行了仿真与实验研究,取得了有意义的研究成果。开关变换器发展趋势是高频化、模块化、数字化、绿色化。因此,数字控制是高频功率开关变换器控制技术的发展方向,许多学者和研究者正致力于开关变换器的全数字控制的研究,其中开关变换器的控制策略是数字控制技术的核心。论文针对传统控制技术存在过冲和调节时间不能相互协调的问题,运用电容平衡原则推导了突增或突降负载时的控制算法,仿真和实验结果表明该控制算法能明显改善DC-DC变换器动态性能。主电路和控制电路的硬件设计直接影响到开关变换器的运行性能。论文介绍了开关变换器数字控制系统的主电路、控制电路、采样调理电路、数字驱动电路、辅助电源等的硬件设计。研制了输出功率为60W的基于TMS320F2000系列DSP的开关调节数字控制实验样机,为以后研究先进的开关变换器数字控制策略提供了实验平台。基于该实验平台,介绍了用C语言对开关变换器的软启动、数字PI控制和电容电荷平衡控制进行软件设计的流程图以及完成的数字控制实验研究,并对各种实验数据进行了比较与分析,给出了相应的结论。

关键词：开关变换器数字控制技术电容电荷平衡 Buck电路

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基于同步Buck变换器的数字控制技术研究

基于同步Buck变换器的数字控制技术研究

作者：李卫海北方工业大学

学位级别：硕士

随着信息技术的不断发展,CPU的处理速度越来越快,它对供电的要求也越来越严格：一方面要求输出电压尽可能低,另一方面要求输出电流非常大。在这种情况下电源的效率问题就凸显出来,而同步Buck变换器作为重要的DC/DC降压式拓扑,结合了同... 详细信息

随着信息技术的不断发展,CPU的处理速度越来越快,它对供电的要求也越来越严格：一方面要求输出电压尽可能低,另一方面要求输出电流非常大。在这种情况下电源的效率问题就凸显出来,而同步Buck变换器作为重要的DC/DC降压式拓扑,结合了同步整流技术高效率的优点能够提高电源的效率,因此被广泛应用于低电压、大电流的场合。同步Buck开关调节系统作为一个高阶、离散、非线性的病态系统,很难建立精确的模型,其控制技术的选择、控制电路的设计需综合考虑诸多因素,在满足变换器设计性能指标的前提下,要综合考虑系统运行的可靠性、调试的简单性、成本的合理性等。本文分析了当前同步Buck变换器所应用的各种控制技术,总结了它们各自的优缺点,并讨论了各种控制技术应用场合,对同步Buck变换器控制技术的选择具有一定的指导意义。同步Buck变换器的传统控制方法是建立在低频小信号分析上的、所采用的控制技术应用于大信号条件下的系统可能是不稳定的。随着控制理论的不断发展,一些非线性控制技术因其独特的控制性能也被尝试应用到开关变换器的控制电路中。本文推导并实现了一种非线性控制方法——电容电荷平衡控制,虽然它是在同步Buck变换器上实现的,但是也可以推广应用于其他开关变换器上。为了实现同步Buck变换器的数字控制技术、验证推导的电容电荷平衡控制算法的正确性,设计、搭建了以TMS320F28335 DSP为控制核心的数字控制实验平台,并在MATLAB/SIMULINK仿真结果指导下完成了预期的实验。仿真和实验结果证明电容电荷平衡控制算法的控制效果与传统的线性控制策略控制效果相比有了很大提高,满足设计要求。

关键词：同步Buck 数字控制 DSP 电容电荷平衡