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Boost DC-DC 变换器的控制技术

一、工作模式

      从Boost开关变换器的电感能量传输分析,根据电感中流过的电流值大小,Boost变换器可划分成三种工作模式:

     1. 完全电感供能模式(CISM):此时电感电流最小值大于输出电流,开关电源变换器工作于连续导电模式,开关关断后,负载能量完全由电感提供。在这种工作模式下,开关关断期间,由于电感电流一直大于输出电流,所以电感给电容充电,电容电压上升,当开关管关断后电容电压开始下降;

      2.不完全电感供能且连续导电模式(IISM-CCM):此时输出电流大于电感电流,变换器工作于连续导电模式,且在开关关断后,负载能量分为电感供能、电感和电容共同供能。这种工作模式下,电容电压在电感电流下降到小于输出电流时开始下降;

       3.不完全电感供能且连续导电模式(IISM-DCM):此时Boost变换器工作于不连续模式,且在开关关断后,负载能量分为电感供能、电感和电容供能、电容供能三部分;这种工作模式下,电容电压同样在电感电流下降到小于输出电流时就开始下降,不同之处在于这种工作模式下需要经理电感电流大于0和等于0两个阶段,此时电容电压下降幅度最大。

       以上三种工作模式中,连续工作模式具有较好的工作特性,可以输出较大的功率以及较小的纹波电压和峰峰值电流。但是连续工作模式下,当电感电流不允许衰减到0时,器件应选择连续工作模式,需要选用大的电感,使得电感纹波电流低于输入电流的一半,当在低负载电流、高输入电压下需要较大的电感。

二、电压模式控制PWM(单环)

     电压模式控制PWM:Boost输出电压反馈经采样后与参考电压比较得到误差信号,PWM控制器输出PWM,使比较器输出为周期不变、宽度即占空比受 控的一系脉冲信号,最后通过驱动器将脉冲放大,控制变换功率开关器件的导通与关断。改变占空比 即可调节开关变换器的输出电压 。当输入电压或负载发生变化,或系统受到其他因素干扰使输出电压发生波动时,通过负反馈回路可调节开关变换器的功率器件在一个开关周期内的导通时间,达到稳定输出电压的目的。这种控制模式的不足之处是输入或输出的变化只能在输出改变时才能检测到并反馈回来进行校正,因此响应速度比较慢。由于电压型控制对负载电流没有限制,因而需要额外的电路来限制输出电流。

三、电流模式控制PWM(双环) 

      电压闭环控制是单环控制系统,存在延迟,在电压反馈的基础上引入电流反馈实现双环控制,可获得较好的动态性能。电压电流双闭环作用是将电感电流或功率开关管电流或整极管的电流作为输入信号反馈到控制器,与参考电压比较输出电压。电流控制环是由开关变换器、电流采样器、电流控制器和开关控制器等组成。 电压控制环和电流控制环构成双环控制,电流控制环是内环,实现电流自动调节;电压控制环是外环,实现电压自动调节。 电流控制又分为峰值电流、平均电流和滞环电流控制三种电流控制模式。

四、前馈控制

      与反馈控制相比,前馈控制以系统的输出或主要扰动的变化作为反馈信息,在系统运行过程的输出结果受到影响之前就作出纠正,因此,前馈控制克服了反馈控制中因时滞所带来的缺陷,能够大大改善控制系统的性能。 

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