三电平DC‑DC buck变换器的二阶滑模控制器及飞跨电容电压平衡方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动化控制领域，尤其涉及一种三电平DC-DC buck变换器的二阶滑模控制器及飞跨电容电压平衡方法。
技术介绍
三电平DC-DC buck变换器相对于传统buck变换器有诸多优势：开关管电压应力减半，增加电感电流脉动频率为开关频率的两倍，减小电感尺寸、提高能量效率。但是三电平DC-DC buck变换器开关数目多，控制复杂，飞跨电容电压的控制更是控制的难点。虽然现有技术中利用二阶滑模控制方法对传统buck变换器进行控制，但是对三电平DC-DC buck变换器而言，能够实现二阶滑模控制方法调节输出电压的同时平衡飞跨电容电压的技术尚属空白，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种三电平DC-DC buck变换器的二阶滑模控制器及飞跨电容电压平衡方法。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种三电平DC-DC buck变换器的二阶滑模控制器及飞跨电容电压平衡方法，包括如下步骤：S1，建立二阶滑模控制方法有限状态机控制器，将计算得到的临界切换系数βmin代入二阶滑模控制器；S2，二阶滑模控制器对飞跨电容电压进行平衡控制，并求出不增加开关管开关损耗的负载电流的范围。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述S1包括：二阶滑模控制方法的有限状态机控制器中，磁滞参数δ用于限制稳态时的切换频率...
【技术保护点】
一种三电平DC‑DC buck变换器的二阶滑模控制器及飞跨电容电压平衡方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立二阶滑模控制方法有限状态机控制器，将计算得到的临界切换系数βmin代入二阶滑模控制器；S2，二阶滑模控制器对飞跨电容电压进行平衡控制，并求出不增加开关管开关损耗的负载电流的范围。
【技术特征摘要】
1.一种三电平DC-DC buck变换器的二阶滑模控制器及飞跨电容电压平
衡方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，建立二阶滑模控制方法有限状态机控制器，将计算得到的临界切换系
数βmin代入二阶滑模控制器；
S2，二阶滑模控制器对飞跨电容电压进行平衡控制，并求出不增加开关管
开关损耗的负载电流的范围。
2.根据权利要求1所述的三电平DC-DC buck变换器的二阶滑模控制器
及飞跨电容电压平衡方法，其特征在于，所述S1包括：
二阶滑模控制方法的有限状态机控制器中，磁滞参数δ用于限制稳态时的
切换频率，参数ε决定用于限制vcf的边界的大小，参数βNmin和βPmin根据
βNmin21=-sm+2(Vin-vcf-Vref)2(Vin-vcf),]]>βNmin31=-sm+2(vcf-Vref)2vcf,]]>βPmin12=sM+2Vref2(Vin-vcf),]]>动态更新以便得到无超调的启动和快速的动态响应，
有限状态机控制器结构由初始态、状态1+、状态1-、状态2+、状态2-、
状态3+、状态3-共7个状态，状态后面的符号“+”“-”分别表示滑模量s>0
和s<0情况，状态机控制器可分为“充电区域”和“放电区域”，当复合状态
“状态23-”被激活后，先进入状态2-，之后根据切换条件scf＞ε，scf＜-ε决定
是否进行状态2-和状态3-之间的切换，当复合状态“状态32-”被激活后，先
进入状态3-，之后根据切换条件scf＞ε，scf＜-ε决定是否进行状态3-和状态2-
之间的切换，
状态机控制器起始于初始态，因为起始时vcf＜Vin/2，只有“充电区域”被
\t激活，“充电区域”内，状态2和状态1间切换迫使相平面轨迹向原点移
动并迅速进入原点周围的稳态轨迹，vlev在Vin-vcf和0间切换来合成期望的输出
电压，在此过程中状态2不断给飞跨电容充电，直到vcf＞Vin/2即scf＞0，“放电
区域”才被激活，“放电区域”内，状态3和状态1间切换能维持与“充电区
域”几乎相同的稳定轨迹，即表现出与“充电区域”几乎一致的输出电压特性，
vlev在vcf和0间切换来合成期望的电压，在此过程中状态3给飞跨电容放电，
切换条件scf＞0和scf＜0，用于判断当先飞跨电容需要放电还是需要充电，从而
选择进入“放电区域”还是“充电区域”，从而达到平衡飞跨电容电压的目的，
条件scf＜-ε，scf＞ε则是在负载电流较大时将vcf更精确地限制在Vin/2±ε的边界内，
以便获得优秀的输出电压波形，有限状态机控制器结构保证了无论在“充电区
域”、“放电区域”还是“充电区域”“放电区域”交替的情形，变换器都拥
有一致的优秀输出电压波形，这样，有限状态机控制器既能利用二阶滑模控制
方法无超调、快速地调节输出电压跟踪参考值，又能按照飞跨电容充放电需要
来选择“充电区域”还是“放电区域”从而实现飞跨电容电压的平衡，条件
scf＜-ε，scf＞ε只有在负载电流足够大时才有可能满足，状态23-内部可能只有状
态2-被激活也可能是状态2-和状态3-均被激活即两个状态交替切换，这取决
于条件scf＜-ε，scf＞ε是否被满足，而条件scf＜-ε，scf＞ε与负载电流大小有关系，
状态23-也是如此，考虑到系统参数不确定性和负载扰动，某个时刻vcf可能会
偏离期望值Vin/2很远，切换条件scf＞0和scf＜0能够使控制器一直处于“放电区
域”或“充电区域”即迫使飞跨电容持续放电或持续充电直到vcf再次进入边界
内部，这是在不破坏输出电压波形的前提下让vcf趋近其期望值最快的方法，在
复合状态“状态23-”和“状态32-”期间，状态2-与状态3-的切换只是反转
飞跨电容的充放电状态，并不改变输出电压等级vlev，这样，有限状态机控制器
\t就能够平衡飞跨电容电压的同时调节输出电压跟踪参考值，这样，控制器同时
实现了两个控制目标，值得注意的是，状态2-与状态3-的切换会提高开关管
的开关频率，这会增加一些能量损耗。
3.根据权利要求1所述的三电平DC-DC buck变换器的二阶滑模控制器
及飞跨电容电压平衡方法，其特征在于，所述S2包括：
理论上，如果充电占空比和放电占空比严格相同，飞跨电容的电压能够自
然平衡，但是，实际中的寄生现象、器件误差、占空比的差异等问题是很普遍
的，如此，对飞跨电容电压的控制是很必要的，例如开光管的导通电阻的差异，
会导致状态2期间对飞跨电容的充电效率和状态3期间对飞跨电容的放电效率
不一致，那么，传统的基于交错控制和PWM控制的方法，就会造成飞跨电容
在状态2充电量大于状态3的放电量，即飞跨电容电压会一直升高而非被平
衡...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌睿，舒志辉，朱哲人，王理智，严小东，黄雪莉，余大侠，刘辉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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