Boost型DC／DC變換器的預測無(wú)差拍控制器設計

摘要：為了提升電流模式控制下Boost DC／DC變換器的動(dòng)態(tài)響應速度，采用電流預測和無(wú)差拍控制理論對控制器進(jìn)行設計。給出了線(xiàn)性外插的預測方法和無(wú)差拍控制策略，分析了電壓環(huán)路小信號模型并設計了其控制器。采用前緣調制的預測無(wú)差拍峰值電流模式控制，電感電流可以在兩個(gè)周期內調整到參考量；當占空比超過(guò)0．5時(shí)，變換器不存在次諧波振蕩問(wèn)題，省去了斜率補償設計。實(shí)驗結果表明，與經(jīng)典電流模式控制器相比，預測無(wú)差拍控制器在控制電壓上跳變2 V時(shí)，能夠縮短約22．6％的調節時(shí)間；在控制電壓下跳變2 V時(shí)，能夠縮短約9．4％的調節時(shí)間。
關(guān)鍵詞：控制器；電流模式；預測電流控制；無(wú)差拍控制

1 引言
Boost DC／DC變換器的控制問(wèn)題一直是國內外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。由于受控對象傳輸函數的非線(xiàn)性和時(shí)變性，傳統的控制方法有時(shí)不能達到預期效果，故需尋找適合Boost DC／DC變換器的先進(jìn)控制理論，這包括：模型預測控制、滑模變結構控制、預測電流控制等。
此處采用無(wú)差拍控制思想，結合線(xiàn)性外插的預測方法，對Boost DC／DC變換器的電流環(huán)進(jìn)行優(yōu)化設計，該設計簡(jiǎn)單可靠，對系統參數不敏感，便于數字方式實(shí)現。仿真和實(shí)驗結果表明，優(yōu)化后的變換器具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。

2 電流模式控制BOOSt DC／DC變換器
Boost DC／DC變換器是一種能夠實(shí)現升壓的開(kāi)關(guān)電源。電流模式控制通過(guò)對電感電流的控制，提升了環(huán)路響應速度。對于理想的電流模式控制，環(huán)路傳輸函數已經(jīng)不包括電感了，因此也就不再有LC雙重極點(diǎn)，這就簡(jiǎn)化了電壓環(huán)的補償設計。電流模式控制方式中，峰值電流模式以其具有快速的限流作用而得到廣泛應用，因此后面的討論均基于峰值電流模式。經(jīng)典的電流模式控制是將電感電流用作脈沖寬度調制器(PWM器)的斜波輸入，如圖1所示。

其中，d是占空比，V是開(kāi)關(guān)，VD是二極管，i是電感電流，ic是控制電流。反饋電壓通過(guò)PI控制器產(chǎn)生ic，與經(jīng)過(guò)斜率補償的i相比較，進(jìn)行PWM。經(jīng)典的峰值電流模式控制存在次諧波振蕩的問(wèn)題，這可通過(guò)斜率補償解決。要保證補償后的上升斜率大于下降斜率，因此補償斜率為：

經(jīng)典電流控制需要采樣到連續的電感電流，不便于控制器的數字方式實(shí)現；此外，斜率補償會(huì )增加控制電流與電感電流之間的誤差，從而降低變換器的動(dòng)態(tài)性能。

3 電流環(huán)的預測無(wú)差拍控制設計
預測無(wú)差拍控制作為一種離散控制理論，是指通過(guò)已知狀態(tài)信息計算出下一時(shí)刻控制量，并在數個(gè)時(shí)鐘周期內讓目標達到控制量的一類(lèi)控制方法。由于占空比的計算需使用下個(gè)周期的電流和電壓狀態(tài)信息，所以必須對它們進(jìn)行預測。