Boost变换器的参数选择与非最小相位分析_皇金锋

单周期控制Boost DC/DC变换器分析与设计单周期控制技术(OCC)是一种新型非线性大信号PWM控制技术首先论述了单周期控制技术的基本原理，然后提出了单周期控制Boost变换器的一种双环控制策略，并通过仿真分析了其可行性最后应用最新的单周期控制芯片IRll50S进行实验论证实验证明了这种控制策略下单周期控制Boost变换器具有良好的性能引言开关变换器是脉冲式的非线性动态系统，在适当的脉冲非线性控制下，系统应当比传统的先行反馈控制更稳定，有更好的动态性能和抗扰动性当输入电压或负载发生变化时，电压型反馈控制需要多个开关周期才能达到稳态电流型反馈控制利用了变换器的脉冲和非线性特点，当占空比D大于O.5时，若采用的斜坡补偿很精确，能使系统在一个开关周期内达到稳态，但是往往实际中斜坡补偿不能完全匹配，所以仍然需要多个开关周期才能达到稳态单周期控制技术是1991年由Keyue M．smedley提出的一种非线性大信号PWM控制理论，它最大的特点是能使系统在一个周期之内达到稳态，每个周期的开关误差不会带人下一个周期这种控制方法具有调制和控制的双重性，开关变量和参考电压间既没有动态误差也没有稳态误差因此，单周期控制技术近年在各种DC/DC、DC/AC、AC/DC变换器中来得到了广泛的应用1 单周期控制基本原理单周期控制技术，包括恒频PWM开关、恒定导通时间开关、恒定截止时间开关、变化开关的单周期控制技术共4种类型对于恒频PWM开关，开关周期TS恒定，单周期控制就是要调节导通时间TON，从而使得斩波波形的积分值等于基准信号恒频PWM开关单周期控制原理，如图1所示没开关S以一定开关频率fs=l/Ts的开关函数K(t)工作，即：占空比D=TON/TS模拟基准信号ur(t)调制开关的输入信号x(t)被开关斩波，开关的输出信号y(t)的频率、脉宽与开关函数k(t)相同，y(t)的包络线就是x(t)，即y(t)=k（t）x(t)开关S一旦由固定频率的时钟脉冲开通，实时积分器就开始工作，设定时间常数RC等于时钟uc周期时间TS，其积分值为当积分值ue达到基准信号ur(t)时，RS触发器就复位，S变为截止状态，实时积分器复位，以准备下一个开关周期当前开关周期的占空比由式(3)决定，即因此，在一个开关周期里可以瞬时地控制输出信号按照这种概念控制开关的技术称为单周期控制技术，单周期控制技术将非线性开关变为线性开关，是一种非线性技术文献[5]提出了Boost电路的单周期控制策略，如图2所示在稳态情况下，当开关管导通时，二极管上电压vD为U0，当开关关断时，二极管上压降为零，所以可以通过控制二极管上的电压，使其在一个周期内的平均值等于参考值，从而改变占空比，即由于二极管电压的电压参考点是A，所以Boost电路的单周期控制规则为2 单周期控制Boost变换器的双环控制在文献[5]和[7]的基础上，本文研究了单周期控制Boost变换器的一种双环控制策略首先，从Boost变换器的工作原理着手分析，图3为Boost变换器及电感电流波形图，为了方便讨论，假设所有的元件都是理想的，同时负载电流足够大，电感电流连续，输出电压在一个开关周期内为常数稳态时，根据在一个周期内电感电流变化量相等，也即电感伏秒积相等的原则，有将式(8)代入式(7)中则得到单周期控制U1=-RsiL如图3(a)所示.式(9)可以通过图4(a)的复位积分电路来实现其中U+=Um，U1=-RSiL，U-=-UmD，时间常数RC1等于RS触发器时钟Clock的周期时间TS图4（b）为占空比D的示意图，当U-减小到U+时，积分结束3 仿真分析根据前面的论述，可以构建出双环单周期控制Boost电路，如图5所示为了验证其可行性以及更加明确系统各模块之问的关系，本文采用Saber软件进行了仿真分析，仿真参数如下：输入电压Ui=110V；开关频率fs=100kHz：输出电压U0=300V；输出功率P0=300W图6为仿真结果，图6(a)为比较器输入端电压U-、U+以及输出RS触发器复位脉冲信号R的局部展开波形；图6(b)为RS触发器PWM信号产生波形；图6(c)为输出电压U0以及电感电流波形仿真结果表明，双环单周期控制策略是可行的，复位积分电路各模块之间能按设计的逻辑工作，输出电压稳定在300V4 实验验4.1 实验样机设计图5中虚线框中的控制电路可以用新型芯片IRll50S来实现，如图7所示lRll50S是一种工作于连续模式的基于单周期控制技术的控制芯片，具有过压保护、欠压保护、空载保护、峰值电流控制以及软启动功能该芯片只有8个引脚，采用S0-8封装，有很强的驱动能力，最大驱动电流达到1.5A，频率设定只需通过一个电阻R2来调节，整个控制系统十分简单本文应用该芯片设计了一台原理样机，实验主要参数为：输入电压80~250V，Boost 电感780μH，工作频率f=100kHz，输出电压U0=300V，过压保护电压360V，额定功率300W，采样电阻O.1Ω，输出滤波电容：330μF/450V4.2 实验结果及分析从图8和图9可以看出，随着输入电压增加，占空比逐渐减小，输入电流减小，检测电阻端电压(负压)也减小，从而误差放大器的输出Um也减小图10和图l1表明，随着输入电压的增加，输出电压稳定在300V图12是该变换器的空载损耗曲线图，可以看出，随着输入电压的增加，输入电流减小，损耗逐渐减小，当输入电压达到180V后，损耗基本稳定在0.51W随着输入电压的增加，系统的效率逐渐增加，主要是由于输入电流的减小，系统的损耗有所减小满载情况下，输入电压为220V时效率最高，达到了97.9％。

Telecom Power Technology研制开发型功率因数校正变换器的数字控制探究杨凤焓（重庆金美通信有限责任公司，重庆随着社会的不断发展和进步，电源领域研究和开发出了Boots型功率因数校正变换器成为电力电子应用的重点之一。

它虽然发展迅速，但在传统模拟技术的基础上还存在着很大缺陷和不足，传统模拟控制技术自带的元器件较多，相关管理部门须研发出一些新型的数字控制技术，才能促进Boots型功率因数校正变换器的数字控制。

型功率因数校正变换器；数字控制；控制器Research on Digital Control of Boost PFC ConverterYANG Feng-hanChongqing Jinmei Communication Co.，LTD，Chongqingprogress of society，the powerwore on，the controllertype power factor correction图1　数字PFC的整体控制框架图表1　中断子程序介绍中断周期中断任务定时器周期中断25 kHz计算电压环P1，得到电压环输出计算输入电压的均衡值倒数50 kHz将ADC启动，计算输入的整流电压均衡值，计算电流环的给定值和电流环P1，得到新的占空比中断故障中断100 kHz故障时触发重载占空比刷新PWM输出波形，屏蔽所有的PWM输出3　系统仿真的实验DSP56F8323进行数字控制实验的验证，具体2所示。

系统仿真实验的数据证明，Boots型功率因数校正变换器的数字控制可以使用理论和建模两种方法。

但是，按照理论测试出来的电压环参数没有任何差别，而这种方法也刚好适用于变换器[7]。

假如在一个比较宽阔的电压范围内，因数将可能达到0.99或是在较大的负载变化范围中达到0.99统的模拟控制技术的控制效果成正比，体现出功率因数校正变换器的数字控制系统的性能人类社会已经步入大数据时代，所以Boots数校正变换器的数字控制有着较好的发展前景，并在电源领域取到了较好的应用。

boost电路设计参数Boost电路是一种常用的升压电路，可以将低电压的直流电源转换为高电压输出。

它在许多电子设备中被广泛应用，如手机充电器、电子游戏机和LED驱动器等。

本文将从设计参数的角度，探讨Boost电路的一些重要参数及其影响。

1. 输入电压（Vin）：输入电压是指加在Boost电路输入端的电压，一般由直流电源提供。

输入电压的选择应根据具体应用需求和组件的额定工作电压来确定。

一般来说，输入电压越高，输出电压也越高，但同时也会增加电路的功耗和成本。

2. 输出电压（Vout）：输出电压是Boost电路输出端的电压，也是设计中最重要的参数之一。

输出电压的选择应根据实际应用需求来确定，比如LED驱动器需要提供特定的电压来驱动LED灯。

Boost 电路的输出电压一般可以通过调整元件的参数来实现。

3. 开关频率（fsw）：开关频率是指Boost电路中开关管开关的频率，一般在几十千赫兹到几百千赫兹之间。

开关频率的选择应平衡功耗和系统噪声的要求。

高频率可以减小电感和电容元件的体积，但也会增加开关管的功耗和EMI问题。

4. 占空比（D）：占空比是指开关管导通时间和关断时间的比值，可以控制输出电压的大小。

占空比的选择应根据所需的输出电压来确定，一般在0.2到0.8之间。

较大的占空比可以得到较高的输出电压，但也会增加开关管的功耗和损耗。

5. 开关管和二极管的选择：开关管和二极管是Boost电路中最关键的元件，其选择应根据输入电压、输出电流和开关频率等参数来确定。

开关管应具有低导通电阻和快速开关速度，而二极管应具有低导通压降和快速恢复时间。

6. 电感器和电容器的选择：电感器和电容器是Boost电路中的能量存储元件，其选择应根据开关频率和输出电流来确定。

电感器的选择应具有合适的电感值和低的直流电阻，而电容器的选择应具有足够的容量和低的ESR值。

7. 控制方式：Boost电路的控制方式可以是恒压控制、恒流控制或者PWM控制。

Boost 电路参数设计Boost 电路的原理图如下图所示当MOSFET 开通时，电源给电感L 充电，电感储能，电容放电。

电感上的电流增加量（电感线圈未饱和时）为：DT LV I in L ⋅=∆+)( 其中：D 为占空比，T 为开关周期。

当MOSFET 关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。

电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为：T D LV V I in o L )1()(-⋅-=∆- 电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即)()(-+∆=∆L L I I ，于是整理可得：DV V in o -=11 因为0<D <1，所以Boost 电路是一个升压型电路。

电感电流非连续模式时，MOSFET 开通状态下，电感电流的增值为：DT LV I in L ⋅=∆+)( MOSFET 关断状态下，电感电流的下降值为：T D LV V I in o L 2)(⋅-=∆- L DR电感电流上升值等于下降值，即)()(-+∆=∆L L I I ，整理得：22D D D V V in o += 因为在此模式下电感电流是不连续的，所以每个周期电感电流都会下降至零。

输出电流等于电感电流的平均值，即)21(12T D I T R V pk o ⋅⋅⋅= )(+=L pk I I 由上式得，24112K D V V n i o ++⋅=，s T R L K ⋅=2 由此可以看出，对于Boost 电路，电感电流连续模式与电感电流非连续模式有很大的不同，非连续模式输出电压与输入电压，电感，负载电阻，占空比还有开关频率都有关系。

而连续模式输出电压的大小只取决于输入电压和占空比。

1．输出滤波电容的选择在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。

Boost 电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。

对于Boost 电路，电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。

电气传动2021年第51卷第10期摘要：单电感双输出（SIDO ）Buck-Boost 变换器由于引入后级功率开关管，其工作模式和稳态增益较传统单输出Buck-Boost 变换器复杂的多。

为给SIDO Buck-Boost 变换器的分析设计提供理论指导，分析了SIDO Buck-Boost 变换器的工作模式，将其工作模式分为连续导电模式（CCM ）和不连续导电模式（DCM ），并求得了CCM 与DCM 的临界电感。

发现CCM SIDO Buck-Boost 变换器的输出可分为四种不同的状态，并推导出了两条支路的稳态增益解析式，根据该解析式获得了变换器工作于各种输出状态需满足的条件，同时得到了变换器各支路稳态增益取得极大值的实现条件。

实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：单电感双输出（SIDO ）Buck-Boost 变换器；工作模式；临界电感；稳态增益中图分类号：TM46文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd21072Working Modes and Steady -state Gain Analysis of SIDO Buck -Boost ConverterXIE Feng 1，HUANG Jinfeng 1，2，LI Linhong 1（1.School of Electrical Engineering ，Shaanxi University of Technology ，Hanzhong 723001，Shaanxi ，China ；2.Shaanxi Key Laboratory of Industrial Automation ，Hanzhong 723001，Shaanxi ，China ）Abstract:Due to the introduction of post power switch ，the working mode and steady-state gain of single-inductor dual-output （SIDO ）Buck -Boost converter are more complex than that of traditional single output Buck -Boost converter.In order to provide theoretical guidance for the analysis and design of SIDO Buck -Boost converter ，the working mode of SIDO Buck -Boost converter was analyzed.The working mode was divided into continuous conduction mode （CCM ）and discontinuous conduction mode （DCM ），the critical inductances of CCM and DCM were obtained.It was found that the output of CCM SIDO Buck -Boost converter could be divided into four different states ，and the steady-state gain analytical expressions of two branches were derived ，according to the analytical expressions ，the conditions that need to be satisfied for the converter to work in various output states were obtained.And the conditions that the steady-state gain of each branch of the converter which could obtain the maximum value were obtained.The correctness of the theoretical analysis are verified by the experimental results.Key words:single-inductor dual-output （SIDO ）Buck -Boost converter ；working modes ；critical inductance ；steady-state gainSIDO Buck-Boost 变换器的工作模式及稳态增益分析谢锋1，皇金锋1，2，李林鸿1（1.陕西理工大学电气工程学院，陕西汉中723001；2.陕西省工业自动化重点实验室，陕西汉中723001）基金项目：陕西省工业自动化重点实验室开放课题（SLGPT2019KF01-14）；陕西理工大学人才启动基金（SLGQD1808）；陕西理工大学研究生新基金项目（SLGYCX2024）作者简介：谢锋（1994—），男，硕士研究生，Email ：*******************通讯作者：皇金锋（1978—），男，博士，副教授，Email ：*******************随着电力电子技术的飞速发展，开关电源逐渐朝着高频、小型化和多输出的方向发展[1-4]。

基于Boost变换器的最大功率点跟踪判据及实现算法胡晓东;刘树林;李雄;伍凤娟;汪超【摘要】The principle of Maximum Power Poine Tracking(MPPT) control system is analyzed based on boost converter with only the port voltage of sample solar cell.The criterion to reach the maximum power point is deduced.It is pointed out that MPPT system reaches maximum power point when the ratio of the variation of on-time to off-time of the switch is equal to the relative change rate of the solar cell port voltage.According to the output characteristic curve of the solar cell and the obtained criterion,the principle to adjust the change direction and step variation of the duty cycle is concluded.On this basis,a novel control strategy and algorithm realizing MPPT is proposed.The feasibility of the proposed control strategy and criterion is verified by the experimental results.%对基于Boost变换器且仅采样太阳能电池端口电压的最大功率点跟踪(简称MPPT)控制系统组成及原理进行了分析,推导得出了跟踪系统达到最大功率点的判据,并指出当Boost变换器开关管导通时间的变化量相对于开关管关断时间的变化率等于太阳能电池端口电压的相对变化率时,MPPT系统即实现最大功率跟踪.依据太阳能电池的输出特性曲线和所提出的判据,得出了判断变换器开关导通比变化方向的调整原则及开关导通比变化量的确定方法,并在此基础上提出了一种MPPT的新颖控制策略及实现算法,实例及实验结果验证了理论分析及所提出判据的可行性和正确性.【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2017(037)005【总页数】7页(P724-730)【关键词】最大功率点跟踪;太阳能电池;算法;判据【作者】胡晓东;刘树林;李雄;伍凤娟;汪超【作者单位】西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TM615近来，太阳能等可再生能源得到越来越广泛的关注。

非最小相位的单电感双输出Buck-Boost变换器的复合控制
方法
皇金锋;李啸天
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2024(58)6
【摘要】单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)相结合的控制策略.设计主路控制器,对系统的传递函数进行拟合得到ADRC范式,利用该范式对主路进行解耦控制.设计支路控制器,采用改进型ESO 对储能函数进行观测,并将观测值反馈补偿到非奇异快速终端滑模控制律中,达到支路解耦的效果.为了抑制滑模控制的抖振问题,对趋近律进行改进.利用Lyapunov理论证明系统稳定性.基于硬件在环(HIL)实验平台进行实验验证.结果表明,所提控制策略与PI控制策略以及基于ESO的滑模控制策略相比,在超调量和响应时间上具有较好的效果.
【总页数】10页(P1266-1274)
【作者】皇金锋;李啸天
【作者单位】陕西理工大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.单电感双输出Buck-Boost变换器低频控制方法
2.单电感双输出Buck变换器的非线性控制方法研究
3.单电感双输出Buck-Boost变换器的非最小相位特性分析及控制策略
4.单电感双输出Boost变换器的复合控制方案
5.具有低输出纹波的双电感复用无桥buck-boost PFC变换器
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boost 环路相位裕量及带宽：Boost转换器的环路相位裕量及带宽对于系统的稳定性和性能至关重要。

相位裕量是增益裕度与相位裕度的和，当相位裕量大于45°时，系统是稳定的。

通常，Boost转换器的增益裕度大约为-10dB，而相位裕度通常在30°到60°之间。

关于带宽，Boost转换器的带宽通常由系统的开环增益和相位裕量决定。

为了使系统具有较高的增益和较低的带宽，通常需要增加开环增益并减小相位裕量。

在设计Boost转换器时，需要仔细考虑环路相位裕量和带宽，以确保系统的稳定性和性能。