DC-DC转换器的数字预测电流模式控制策略的研究

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DC-DC转换器的数字控制策略决定了其鲁棒性、抗输入电压扰动能力和抗负载扰动能力,对转换器的设计至关重要。数字和模拟DC-DC转换器都可以采用电流模式控制或者电压模式控制。其中,数字电流模式控制不同于模拟电流模式控制,这是因为ADC不能采样到连续的电感电流。尽管如此,数字电路的高速数据处理能力引起了新的控制策略的发展。人们开始研究不同的控制算法,探索适合DC-DC的数字电流模式控制策略。  本文基于Boost型DC-DC转换器,用状态空间平均法推导了其状态空间模型、分段仿射模型和Canonical模型。用人工蜂群算法解决了数字电压模式控制中的控制参数整定问题。研宄了数字无差拍电流模式控制,该控制算法具有运算简单的优势,并且可以将电感电流在两个开关周期内调整到参考电流,因此获得了比模拟电流模式控制更快的动态响应速度。研宄了电流观测型预测电流模式控制策略,用电流观测器取代了传统的电流传感器,能有效降低转换器设计成本和功耗。基于EKF的电流观测器则可以在进行电流观测的同时有效减小转换器中的观测白噪声。  仿真和实验结果表明,经过人工蜂群算法整定的PID参数,能够缩短电压模式控制50%到80%的调节时间。相比经典的电流模式控制策略,预测无差拍控制策略在控制电压向下阶跃和向上阶跃时,分别缩短了9.5%和22.5%的调节时间。电流观测型预测电流模式控制不仅可以观测出精确的电感电流,而且相比电压模式控制,能够缩短60%的调节时间。扩展卡尔曼滤波可以滤除观测器中78.9%的电流白噪声和83.8%的电压白噪声。
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