单边调制DCDC变换器的数字均流制 翻译.docVIP

单边调制DC-DC变换器的数字均流控制 Guohua Zhou and Jianping Xu 摘要 本文研究了单边调制（后缘，前缘调制）的DC-DC变换器的数字均流控制（DAC）算法。为了用最少的计算时间和适宜的精确度计算出平均电感电流，提出了一种新的算法——FPM算法。通过用FPM算法计算出后缘调制和前缘调制的数字均流控制规律。研究并分析了DC-DC变换器的数字均流控制产生的次谐波振荡。证明了数字斜坡补偿和数字重复补偿都无法消除数字均流控制DC-DC变换器的次谐波振荡。因此，提出和研究了一种新方法—数字三角补偿（用来消除数字均流控制产生的次谐波振荡）。给出的实验结果验证了分析结果。 关键词：数字均流（DAC）控制，数字控制，数字三角补偿（DTC），次谐波振荡，DC-DC变换器 1:介绍 目前，功率电子器件的数字控制已经被广泛的研究[1]-[17]。众所周知，数字控制有以下优点：元件老化较慢，可编程平台和噪声的鲁棒控制。而且还有以下特性，较短的上市时间，容易实现多回路控制，能够和数字系统连接，灵活的实现高精度的控制方案等等。 DC-DC变换器最广泛应用的数字控制技术之一：数字电流控制模式[1],[2],[6],[9]，[17]。基于测量电流和参考电流之间的最大值或者最小值，电流控制模式分为峰值电流控制和谷值电流控制。峰值电流控制是DC-DC变换器最广泛的电流控制模式，它有瞬时峰值电流保护功能。然而，因为功率因素校正的应用，峰值电流和谷值电流控制导致了线性电流的谐波失真。尽管可以通过偏置电流的参考波形来减少线性电流的谐波失真[18]，[19]，但是对比峰值电流和谷值电流控制，电流平均控制技术仍然是首选，在没有附加补偿时仅导致很小的电流失真。 数字均流控制技术的关键方面之一：如何有效并且精确的计算出电感平均电流。如果计算平均电感电流的信息不是很充足的话，就无法精确的计算出平均电感电流，并且将导致很大的误差和降低控制的性能。相反，将计算出来高精度的平均电感电流，对应的计算时间也将减少，因为这个时间延时将校正预期的占空比[20]，所以这将降低系统的性能。 文[1]提出的控制算法是通过系统信息——变换器的拓扑结构，电感，输入电压和输出电压，来测定的。通过数字合成算法或者时均电感电流，这将导致更多的计算时间和复杂的控制规律。基于周期性斜坡补偿的数字电流控制模式的算法，类似文[9]提出的文[24]斜率补偿技术。因此，文[9]提出的控制算法与文[1]的控制算法有相当大的不同。然而文[9]提出的控制算法仍然需要系统信息去选择适当的斜坡补偿斜率。也就是说在文[1]和文[9]中的的控制算法都需要系统信息。 基于单边调制（后缘调制和前缘调制）的特性，用最少的计算时间和适当的精度来计算电感平均电流的新算法——四点方式的算法（FSM），在本文提出并研究。基于这些，得到了单边调制的DC-DC变换器的数字均流控制规律。 众所周知，模拟电流模式控制和DC-DC变换器的峰值电压控制存在次谐波振荡[21]，[22]。同样相应的数字控制方式也存在于次谐波振荡[1]，[9][23]。次谐波导致了不稳定问题并且产生了很大的电流和电压纹波。为了消除文[24]提出的数字峰波电压（DPV）控制的DC-DC变换器，数字重新定位补偿（DRC）和交流分量的占空比的次谐波振荡。从本文中分析结果显示文[24]提出的DSC和DRC无法消除单边调制的DC-DC变换器的数字均流控制的次谐波振荡。为了消除次谐波振荡，本文提出并研究了一种新方法——数字三角补偿（DTC）。研究了这种方法的稳定性并研究了对数字均流控制的DC-DC变换器的次谐波的消除。 这篇论文有如下组成：在第二部分，提出了计算平均电感电流的FPM算法并应用于单边调制的DC-DC变换器的数字均流控制技术，紧接着分析了DTC控制规律的稳定性。在第3部分，证明了文[24]提出的DSC和DRC不能消除数字均流控制的DC-DC变换器次谐波振荡，因此在第4部分提出了DTC方式并研究了数字均流控制的DC-DC变换器次谐波振荡的消除。在第5部分提供的实验结果证明了分析结论。 2：基于FPM算法的DAC控制 图1显示了数字控制的DC-DC变换器的结构的框图，里面BUCK变换器仅仅是个样本，数字控制有以下部分组成：模拟数字变换器（ADC），数组补偿器（D-PID），和数字脉冲宽度调制器，相应的数字脉冲宽度调制（DPWM）算法可以实现各种数字控制技术。 在图1中，和 分别是参考电压，输入电压和输出电压；是外环的输出电压的采样电压，是内环流过电感的采样电感电流，是在D-PID模块中和之间的补偿误差信号，是输出滤波电容的等效串联电阻（ESR），是负载电阻。 A：后缘调制的数字均流控制（DAC） 图二是后缘调制的数字均流