DC-DC变换器延迟控制电路及其延迟增益系数确定方法技术

本发明专利技术公开了一种DC‑DC变换器延迟控制电路及其延迟增益系数确定方法，包括DC‑DC变换器，该DC‑DC变换器包括主电路和控制电路，所述控制电路设置有驱动模块，该驱动模块驱动所述主电路中功率器件的开通和关断，所述控制电路还设置有延迟模块和增益模块，所述延迟模块采集所述主电路中的状态量，经延迟后，输出延迟信号至所述增益模块，所述增益模块对所述延迟信号进行放大后，得到的增益信号输入到所述驱动模块。有益效果：消除了分岔和混沌，使得变换器稳定运行，降低了纹波和开关器件应力。

【技术实现步骤摘要】
DC-DC变换器延迟控制电路及其延迟增益系数确定方法
本专利技术涉及变换器领域，具体的说是一种DC-DC变换器延迟控制电路及其延迟增益系数确定方法。
技术介绍
功率变换器有着非常广泛的用途，同时它作为一种典型的分段线性系统，在理论上也有着极其重要的研究价值。从文献(1)AroudiAEl,CalventeJ,GiralR,Al-NumayM,Martínez-SalameroL2016IEEETrans.Ind.Electron.634826可以看出功率变换器中的功率器件工作在开关状态，从开通到关断的转换受到控制电路的控制，这使得功率变换器成为负反馈分段线性系统，从而呈现出非常复杂的非线性动力学行为。传统的DC-DC变换器包括主电路和控制电路，控制电路设置有驱动模块，该驱动模块驱动主电路中功率器件的开通和关断，例如在图1中的一种DC-DC变换器，该电路的主电路至少包括电源E、电感L、二极管D、电容C、开关管SW、负载电阻R0，该负载电阻R0的负载电压为v，其中控制电路包括PID控制电路和PWM电路，其中PWM电路包括比较器和时钟触发器，该比较器的同相输入端输入的信号为采集的主电路的电流值iL，。比较器的反相输入端输入参考电流Iref，比较器的输出端与RS触发器的R端连接，该RS触发器S端连接时钟信号，RS触发器的Q端与开关管SW连接。根据开关管SW的状态，在一个开关周期T内，电路分为两个区间：第一个区间，时钟在开关周期开始的时刻施加到RS触发器的S端，使得触发器的Q端为高电平，开关管SW导通，二极管D关断，电源E通过二极管D和开关管SW构成一个回路，L的电流iL增大，同时电容C通过电阻R0放电，维持输出电压；第二个区间，电感电流上升到参考电流Iref的时刻，RS触发器的R端变为有效，使得触发器输出Q变为低电平，开关管SW关断，二极管D导通，电源E通过电感和二极管D给电容C和负载供电，这个区间，电感电流下降。假设图1中的电感L＝1mH、电容C＝12μF、电阻RO＝20Ω、开关周期T＝100μs、电源电压E＝10V。电感寄生电阻RL＝0.01Ω，传统的DC-DC变换器的分岔图如图2所示，图2中横坐标为参考电流Iref，纵坐标为每个开关周期开始时刻电感电流的值iL(nT)。图2表明当参考电流增大到1.7A附近时变换器出现分岔，成为周期2运行，参考电流继续增大，那么变换器最终表现出混沌运行状态。在公开的文献(2)WangFQ,ZhangH,MaX,K2010IEEETrans.CircuitsI57405；(3)LiaoZX,LuoXS,HuangGX2015ActaPhys.Sin.64130503(inChinese)[廖志贤罗晓曙黄国现2015物理学报64130503]；(4)AroudiA.El,OrabiM,HarounR,Martínez-SalameroL.2011IEEETrans.Ind.Electron.583448中记载到，在实际使用中一般要求DC-DC变换器处于稳态运行，这时变换器的输出纹波相对来讲比较小，而倍周期分岔和混沌等非线性行为使得输出纹波大幅增加，功率器件应力加大，导致器件工作状态恶化，同时使得变换器出现噪声，甚至无法运行。因此对DC-DC变换器非线性行为的控制成为了研究热点。人们提出几种控制方法中包括：共振参数扰动法、重复控制器方法、陷波滤波器方法、Pyragas的延迟控制方法等。在公开的文献(5)ZhouYF,ChenJN,TseCK,KeDM,ShiLX,SunWF2004ActaPhys.Sin533676(inChinese)[周宇飞,陈军宁,谢智刚,柯导明,时龙兴,孙伟锋2004物理学报533676]；(6)ZhouYF,TseCK,QiuSS,LauF2003Int.J.Bifurc.Chaos.133549中可以看出，共振参数扰动法通过外部的信号来消除非线性行为，但是这种方法需要根据变换器参数提前选好外部信号，而实际运行的变换器其参数变化范围比较大，所以共振参数扰动法有局限。在公开的文献(7)EscobarG,MartinezP,Leyva-RamosJ,MattavelliP2006IEEETrans.Industr.Electron.53,1383；(8)CorradiniL,MattavelliP,TedeschiE,TrevisanD2008IEEETrans.Industr.Electron.55,1501；(9)LuWG,ZhouLW,LuoQM,WuJK2011Int.J.CircuitTh.Appl.39,159，(10)RedlR,SunJ2009IEEETrans.PowerElectron.242669可以看出，重复控制器方法和陷波滤波器方法等类似方法虽然没有采用数字存储器，但是这些方法需要多个参数而且选择复杂，增加设计电路的难度。从公开的文献(11)PyragasK1993Phys.Lett.A18099；(12)PyragasK1992Phys.Lett.A170421中提及Pyragas的延迟控制理论，有研究人员提出了采用模拟、数字转换和数字存储器的方法实现Pyragas控制，但是这种方法极大增加了电路元件的数量和成本，导致电路设计极其复杂。在理论上Pyragas延迟控制方法只需要把系统的一个状态变量进行延迟，然后反馈回系统里面。对于DC-DC变换器，延迟的时间容易确定。唯一需要确定的就是反馈增益。所以延迟控制方法的直接应用更便于电路的设计。在文献(15)Ablay,G2015NonlinearDyn.811795中介绍了几种新型延迟混沌系统，但是由于这些系统和DC-DC变换器这种分段线性系统的分析方法不同，这些文献中确定反馈增益的方法均无法直接用到DC-DC变换器中，不能满足现有需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种DC-DC变换器延迟控制电路及其延迟增益系数确定方法，将延迟技术应用于DC-DC变换器中，消除了分岔和混沌，使得变换器稳定运行，降低了纹波主电路中开关器件的应力。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种DC-DC变换器延迟控制电路，包括DC-DC变换器，该DC-DC变换器包括主电路和控制电路，所述控制电路设置有驱动模块，该驱动模块驱动所述主电路中功率器件的开通和关断，其特征在于：所述控制电路还设置有延迟模块和增益模块，所述延迟模块采集所述主电路中的状态量，经延迟后，输出延迟信号至所述增益模块，所述增益模块对所述延迟信号进行放大后，得到的增益信号输入到所述驱动模块。为了使DC-DC变换器维持开关频率尺度上的稳定工作，消除分岔和混沌现象，从状态空间的角度看，消除的目的就是要让混沌吸引子中的不稳定轨道成为稳定周期轨道，其周期为变换器的开关周期T。本方案把DC-DC变换器的一个状态量延迟一个开关周期T之后，反馈回电路中。进一步描述，所述状态量或为主电路的电感电流iL，或为电容电压VC。再进一步描述，所述延迟模块或为一阶延迟模块，或为二阶延迟模块。再进一步描述，为了达到指定延迟周期，所述延迟模块包括M级级联的模拟延迟电路，其中M为大于等于1的整数。再进一步描述，所述延迟模块为一阶延迟模块，该模拟延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑DC变换器延迟控制电路，包括DC‑DC变换器，该DC‑DC变换器包括主电路和控制电路，所述控制电路设置有驱动模块，该驱动模块驱动所述主电路中功率器件的开通和关断，其特征在于：所述控制电路还设置有延迟模块和增益模块，所述延迟模块采集所述主电路中的状态量，经延迟后，输出延迟信号至所述增益模块，所述增益模块对所述延迟信号进行放大后，得到的增益信号输入到所述驱动模块。

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC变换器延迟控制电路，包括DC-DC变换器，该DC-DC变换器包括主电路和控制电路，所述控制电路设置有驱动模块，该驱动模块驱动所述主电路中功率器件的开通和关断，其特征在于：所述控制电路还设置有延迟模块和增益模块，所述延迟模块采集所述主电路中的状态量，经延迟后，输出延迟信号至所述增益模块，所述增益模块对所述延迟信号进行放大后，得到的增益信号输入到所述驱动模块。2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器延迟控制电路，其特征在于：所述状态量或为主电路的电感电流iL，或为电容电压VC。3.根据权利要求1所述的DC-DC变换器延迟控制电路，其特征在于：所述延迟模块或为一阶延迟模块，或为二阶延迟模块。4.根据权利要求1所述的DC-DC变换器延迟控制电路，其特征在于：所述延迟模块包括M级级联的模拟延迟电路，其中M为大于等于1的整数。5.根据权利要求3所述的DC-DC变换器延迟控制电路，其特征在于：所述延迟模块为一阶延迟模块，该模拟延迟电路包括两级级联，M＝2，模拟延迟电路分别为第一一阶延迟电路和第二一阶延迟电路；该第一一阶延迟电路包括第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的同相输入端与第一电阻R1的后端连接，所述第一电阻R1的前端连接所述主电路，用于采集所述主电路的状态量，所述第一运算放大器U1的反向输入端经第五电阻R5与所述第一电阻R1的前端连接；所述第一运算放大器U1的反向输入端还经第一电容C1接地，所述第一运算放大器U1的输出端经第二电阻R2与所述第一运算放大器U1的同相输入端连接；所述第二一阶延迟电路包括第二运算放大器U2，该第二运算放大器U2的同相输入端经第三电阻R3与所述第一运算放大器U1的输出端连接，所述第二运算放大器U2的反向输入端经第六电阻R6与所述第一运算放大器U1的输出端连接，所述第二运算放大器U2的反向输入端经第二电容C2接地，所述第二运算放大器U2输出端经第四电阻R4与所述第二运算放大器U2同相输入端连接，所述第二运算放大器U2输出端连接所述增益模块。6.根据权利要求5所述的DC-DC变换器延迟控制电路，其特征在于：所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4电阻值相等；所述第五电阻R5、第六电阻R6电阻值相等；所述第一电容C1、第二电容C2电容值大小相等。7.根据权利要求1或2或3或4所述的DC-DC变换器延迟控制电路，其特征在于：所述增益模块将获取到所述延迟信号与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伟，张锐，胡敏，董志明，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50