基于PWM-PFM混合调制的Boost控制器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PWM‑PFM混合调制的Boost控制器及控制方法，所述控制方法是通过在数字信号处理器(DSP)中储存测量到的系统光伏整列(PV)侧电压值、电流值和直流母线电压值；数字信号处理器(DSP)计算出需要调节的占空比d；设定比较因子δ，将计算出的需要调节的占空比d与控制器上一时刻未输出的占空比之和d′进行叠加，将叠加得到的总和与比较因子δ进行数值比较；若d+d′≥δ，则控制器用PWM调制方式输出占空比(Duty)；若d+d′<δ，则控制器输出d+d′＝0；将输出的d+d′＝0存入控制器上一时刻未输出的占空比之和d′内，再继续进行叠加运算。本发明专利技术的应用可以解决现有技术中电路在电感电流断续模式时系统不稳定，精度不高的问题，还可同步应用至其他电力电子拓扑电路中。

Boost controller and control method based on pwm-pfm mixed modulation

【技术实现步骤摘要】
基于PWM-PFM混合调制的Boost控制器及控制方法
本专利技术涉及Boost逆变器领域，尤其涉及一种基于PWM-PFM混合调制的Boost控制器及控制方法。
技术介绍
为了人类社会的可持续发展，世界各国都在大力发展风力发电、太阳能发电等新能源发电系统。但是，太阳能电池的输出电压受温度、光照、负载的影响，风力发电机的输出电压受风速的影响，风力发电或太阳能光伏发电的输出电压不是一个恒定值，而是一个很宽的范围。因此,它们发出的电能一般通过一个两级式的并网逆变器并入电网，前级DC-DC变换器将风力发电机或太阳能电池的输出电压转换为需要的恒定直流电压，后级DC-AC逆变器将此直流电压转换为交流电压，并入电网。Buck变换器和Boost变换器由于结构简单、效率高和成本低等特点在中小功率非隔离应用场合作为前级DC/DC变换器。对于风力发电或太阳能光伏发电来说，其输入电压变化范围较宽，一般采用Boost变换器来实现直流母线电压升高到需要的恒定直流电压的需求。对于Boost变换电路，如单路Boost电路拓扑如图1所示：其中，L为Boost电路的滤波电感，一般采用的是铁硅或者非晶等材质，Cpv为PV侧滤波电容，X2电容。Cbus为直流母线滤波电容器；ipv为面板输出电流。由于对PV电压进行控制，为简化分析，采用阻性负载Rpv建模，其拓扑图如图2所示：定义：因此，a点电位Va＝(1-Sa)×Vbus采用KVL(基尔霍夫电压定律)和KCL(霍夫电流定律)定理，可得<br>式中，因此，等效开关数学模型为：由于开关数学模型不利于控制器设计，采用状态平均法，忽略开关过程中的高频分量，利用Sa≈d，d为等效平均占空比。得出单相光伏逆变器的s域平均状态数学模型为：(sL+RL)iL＝Vpv-(1-d)Vbus根据式可以得到Boost数学模型框图如下所示。图3中，通过Gim、Gvm构建Boost-PV电压控制数学模型框图，然后给到传递函数，就可以通过多种脉冲宽度调制(Pulsewidthmodulation，PWM)技术的占空比而达到控制直流母线电压升压的目的。然而，在电感值比较小、轻载情况或者Vpv约小于Vbus等情况下，电路工作在电感电流断续模式时(DCM)，虽然采用了倍频采样，可以较准确检测出电流的平均值，然而由于Boost硬件死区以及窄脉冲效应，导致系统统控制环输出不精确，影响此时的输出电压，使之纹波增大，具体如图4所示。从图4中可以看到，系统将存在较大的电流纹波与电压纹波，这些纹波将带来系统器件更大应力，同时也就加大系统风险，同时，从系统稳定性角度来看，该情况将使得系统存在激励源，加剧系统不稳定性。因此，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中存在的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种基于PWM-PFM混合调制的Boost控制器及控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于PWM-PFM混合调制Boost控制器的控制方法，包括如下步骤：S1：Boost控制器接收数字信号处理器计算出的需要调节的占空比d；S2：将步骤S1中需要调节的占空比d与Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′进行叠加，将叠加得到的总和与设定的比较因子δ进行数值比较；S3：若d+d′≥δ，则Boost控制器用PWM调制方式输出占空比。上述技术方案进一步的，步骤S2中，若d+d′<δ，则Boost控制器输出d+d′＝0；进一步的，将未输出的d+d′幅值存入Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′内，重复步骤S2，继续循环比较。进一步的，步骤S1中，设定系统光伏整列的PFM的频率范围；进一步的，在数字信号处理器中储存测量到的系统光伏整列侧的电压值、电流值和直流母线电压值；进一步的，所述数字信号处理器采用系统光伏整列侧电压外环和/或系统光伏整列侧电流内环计算需要调节的占空比d。更进一步的，所述系统光伏整列侧电压外环，是通过系统光伏整列侧的电压控制器进行PI算法，控制数字信号处理器计算出需要调节的占空比d，所述PI算法公式为：其中，Kpv为电压环控制Kp参数，Kiv为电压环控制Ki参数，s为算法引入的拉氏变换；进一步的，所述系统光伏整列侧电流内环，是通过系统光伏整列侧的电感电流控制器进行PI算法，控制数字信号处理器计算出需要调节的占空比d，所述PI算法公式为：其中，Kpi为电流环控制Kp参数，Kii为电流环控制Ki参数，s为算法引入的拉氏变换。更进一步的，所述步骤S1中，所述数字信号处理器采用电压控制环、电流控制环和直流母线稳定控制环计算需要调节的占空比d。进一步的，所述步骤S2中，根据系统Boost控制器硬件死区指标、软件死区指标以及窄脉冲效应指标设定比较因子δ的值。进一步的，所述步骤S2中，人为设定比较因子δ的值。进一步的，所述步骤S2中，Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′采用以下公式获得：d(k)′＝d(k-1)′+d(k)-0；其中，k-1时刻是k时刻的上一时刻；d(k)′表示Boost控制器在k时刻的上一时刻未输出的占空比之和；d(k-1)′表示Boost控制器在k-1时刻的上一时刻未输出的占空比之和；d(k)表示数字信号处理器在k时刻计算出的需要调节的占空比d。上述技术方案进一步的，一种基于PWM-PFM混合调制Boost控制器，包括存储模块、计算模块和输出模块；进一步的，所述存储模块包括用于存储从数字处理器中接收到的需要调节的占空比d的第一存储单元，及用于存储Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′的第二存储单元；进一步的，所述计算模块包括运算单元和校验单元；进一步的，所述运算单元，用于叠加需要调节的占空比d与Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′；进一步的，所述校验单元，用于d+d′与比较因子δ进行数值比较；进一步的，所述输出模块，用于输出占空比。更进一步的，所述计算模块还包括更新单元，所述更新单元用于刷新所述第二存储单元内d′的值；更进一步的，所述输出模块，用于在所述校验单元校验到d+d′<δ时输出d+d′＝0；更进一步的，所述第二存储单元，用于存储d+d′＝0。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术所述的控制方法结合PWM-PFM混合调制来实现Boost升压控制调节，降低了电流纹波与电压纹波，进而降低系统器件应力，同时也降低系统风险；2.本专利技术通过PWM-PFM调制方式可以在电路工况处于电感电流断续模式时(DCM)时，结合PFM调制方式有效测出电流的平均值，使得系统控制环输出精确，降低轻载时的输出电压，使电压纹波减小；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于PWM-PFM混合调制Boost控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：Boost控制器接收数字信号处理器计算出的需要调节的占空比d；/nS2：将步骤S1中需要调节的占空比d与Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′进行叠加，将叠加得到的总和与设定的比较因子δ进行数值比较；/nS3：若d+d′≥δ，则Boost控制器用PWM调制方式输出占空比。/n

【技术特征摘要】
1.基于PWM-PFM混合调制Boost控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：Boost控制器接收数字信号处理器计算出的需要调节的占空比d；
S2：将步骤S1中需要调节的占空比d与Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′进行叠加，将叠加得到的总和与设定的比较因子δ进行数值比较；
S3：若d+d′≥δ，则Boost控制器用PWM调制方式输出占空比。


2.根据权力要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S2中，若d+d′<δ，则Boost控制器输出d+d′＝0；
将未输出的d+d′幅值存入Boost控制器上一时刻未输出的占空比之和d′内，重复步骤S2，继续循环比较。


3.根据权力要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S1中，设定系统光伏整列的PFM的频率范围；
在数字信号处理器中储存测量到的系统光伏整列侧的电压值、电流值和直流母线电压值；
所述数字信号处理器采用系统光伏整列侧电压外环和/或系统光伏整列侧电流内环计算需要调节的占空比d。


4.根据权力要求3所述的控制方法，其特征在于，所述系统光伏整列侧电压外环，是通过系统光伏整列侧的电压控制器进行PI算法，控制数字信号处理器计算出需要调节的占空比d，所述PI算法公式为：

其中，Kpv为电压环控制Kp参数，Kiv为电压环控制Ki参数，s为算法引入的拉氏变换；
所述系统光伏整列侧电流内环，是通过系统光伏整列侧的电感电流控制器进行PI算法，控制数字信号处理器计算出需要调节的占空比d，所述PI算法公式为：其中，Kpi为电流环控制Kp参数，Kii为电流环控制Ki参数，s为算法引入的拉氏变换。


5.根据权力要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述数字信号处理器采用电压控...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小兵，
申请(专利权)人：苏州海鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32