數(shù)字控制開關(guān)電源的快速動態(tài)響應(yīng)研究.pdf

1、便攜式設(shè)備中開關(guān)電源的動態(tài)響應(yīng)速度是制約整機(jī)速度的一個重要因素。數(shù)字控制技術(shù)以其靈活可重構(gòu)等特點(diǎn)在開關(guān)電源中逐漸推廣應(yīng)用，但是數(shù)字開關(guān)電源中固有的量化效應(yīng)、時延效應(yīng)等因素卻對動態(tài)響應(yīng)速度產(chǎn)生了一定限制，使其在工作頻率較高的應(yīng)用領(lǐng)域中受到制約。為提高數(shù)字電源的動態(tài)響應(yīng)速度，現(xiàn)有的最優(yōu)時間控制方法中，動態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程需要分別采用不同的控制方式，這種雙控模式導(dǎo)致切換界面難以平滑過渡，會引發(fā)系統(tǒng)振蕩，并且在更加復(fù)雜的連續(xù)多個動態(tài)變化時表現(xiàn)得尤為明

2、顯。
　　本文針對上述問題，提出了一種軌跡預(yù)測控制算法，可實(shí)現(xiàn)動態(tài)響應(yīng)過程中近似最優(yōu)時間的控制目標(biāo)，并能在連續(xù)多動態(tài)調(diào)制過程中獲得平滑過渡。在所提出算法的實(shí)現(xiàn)過程中，對實(shí)際系統(tǒng)的控制精度是關(guān)注的首要問題。本論文針對數(shù)字控制開關(guān)電源的特點(diǎn)，在算法實(shí)現(xiàn)中加入延時、寄生參數(shù)等因素的修正，提高了算法的控制精度。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)的可靠性及占版面積則是另一個重要的關(guān)注點(diǎn)。本文則進(jìn)一步對算法的預(yù)測間隔進(jìn)行了修正，降低了算法的資源占用率，

3、提高了其可實(shí)現(xiàn)性。在最終的系統(tǒng)測試驗(yàn)證中，融入尖峰電流抑制算法，提高實(shí)現(xiàn)過程中的可靠性。相關(guān)仿真和實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證了所提控制算法在數(shù)字控制開關(guān)電源應(yīng)用中的有效性。
　　本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)為:
　　1)提出了一種軌跡預(yù)測控制算法，實(shí)現(xiàn)了近似最優(yōu)時間的動態(tài)響應(yīng)控制，并可對連續(xù)多個動態(tài)過程進(jìn)行調(diào)制。此算法在動態(tài)過程和穩(wěn)定狀態(tài)中都可有效工作，避免了現(xiàn)有最優(yōu)時間控制算法中動穩(wěn)態(tài)采用不同控制算法帶來切換界面過渡不平滑的問題。
　　2)建

4、立了包含數(shù)字控制開關(guān)電源量化效應(yīng)、時延效應(yīng)、寄生效應(yīng)的行為級模型，并據(jù)此對所提算法的控制方式進(jìn)行了修正，提高了算法對實(shí)際系統(tǒng)的控制精度，增強(qiáng)了其在應(yīng)用中的可實(shí)現(xiàn)性。
　　3)提出了一種抑制電流尖峰的控制算法，解決了數(shù)字控制PFC開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證中啟動電流尖峰過大的問題。通過限制啟動過程中控制量上限，強(qiáng)制系統(tǒng)工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式下，令充電階段電感增加的電流在放電階段全部消耗，避免由于過多能量累積導(dǎo)致的電感電流尖峰，并且此方法可與所提軌

5、跡預(yù)測控制算法相融合，無需單獨(dú)電路。
　　本論文采用所提出的軌跡預(yù)測控制算法，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字控制開關(guān)電源的獨(dú)立控制以及對連續(xù)擾動過程調(diào)整的目標(biāo)。同時在數(shù)字控制的低功率DC-DC開關(guān)電源和中功率PFC開關(guān)電源兩個實(shí)際驗(yàn)證平臺中，達(dá)到了在多種擾動情況下的快速動態(tài)調(diào)整。測試結(jié)果表明:開關(guān)頻率1MHz的DC-DC開關(guān)電源，負(fù)載響應(yīng)時間小于10μs(電流500mA階躍變化);線性響應(yīng)時間約為4μs(輸入電壓1V階躍)。開關(guān)頻率100kHz的P