DC/DC变换器及DC/DC变换器的控制方法技术

在多个不同的电压之间的电压切换中，谋求高速控制，并且谋求在高电平侧的电力与低电平侧的电力之间进行平滑且稳定的迁移。DC/DC变换器具备包含开关电路的主电路以及控制部，控制部在各电压电平之间具备以下3个模式：第1模式，以恒流控制在迁移前的电力电平与迁移后的电力电平之间的迁移区间进行控制；第3模式，以恒压控制在保持迁移前的电力电平及迁移后的电力电平的各电压的维持区间中进行控制；以及第2模式，以恒压控制在从迁移区间到维持区间的缓冲区间中进行控制。通过按顺序重复该3个模式，对于直流输入输出多个不同的电压电平的高频脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC/DC变换器及DC/DC变换器的控制方法
本专利技术涉及切换直流电压的电压电平的DC/DC变换器及DC/DC变换器的控制方法。
技术介绍
(高电平/低电平脉冲运转)近年来，例如在等离子体应用领域正在使用通过接通/断开脉冲运转以及高电平/低电平脉冲运转生成的高频电力(RF输出)，其中，接通/断开脉冲运转以数十Hz～数十kHz的周期进行接通/断开，高电平/低电平脉冲运转可高速地改变RF电力振幅。可以说这些脉冲运转对抑制因成膜时的粒子而发生的异常放电以及通过低温等离子体进行的微细加工等是有效的。接通/断开脉冲运转是对负载供给间断的高频电力(RF输出)的运转模式。该运转模式在不向负载供给电力的断开区间等离子体有可能消灭。因此，一旦等离子体消灭，RF输出会产生等离子体阻抗与失配。另一方面，高电平/低电平脉冲运转是将对于负载始终不会间断的连续的高频电力分为高电平与低电平这2个不同的电平使其可周期性变化的运转模式，供给与高电平不同的电平的电力来代替接通/断开脉冲运转的断开区间。例如，在对等离子体的电力供给中，供给在薄膜生成所需的高电平侧电力与用于持续维持等离子体放电的低电平侧电力之间连续的输出，由此防止等离子体的消灭，始终维持稳定的等离子体放电。(DC/DC变换器)在RF发生器中，存在通过DC/DC变换器部的控制来进行高电平/低电平脉冲运转的方式。在DC/DC变换器部的控制中，由于需要使2个不同的电压电平高速地迁移，因此高电平/低电平脉冲运转的频率极限取决于DC/DC变换器的控制响应性。因此，为了在电压电平之间高速地迁移，在DC/DC变换器中寻求高速的电压变化，并且寻求稳定的电压控制。作为DC/DC变换器的控制方式，通常已知PI控制。PI控制是通过对指令值与检测值的差进行比例及积分来计算操作量的典型的控制。作为一个例子，存在通过双闭环控制系统进行的PI控制，该双闭环控制系统具备使用电容器电流的小环路和使用输出电压的主环路。闭环控制方式的PI控制为典型控制，在主环路及小环路的控制响应中分别存在如下限制。1)小环路由于受到死区时间等的影响，因此开关频率的约1/10的频率成为最大的控制响应。2)主环路为了防止与小环路的干扰，小环路的控制响应的约1/10的频率成为最大的控制响应。因此，开关频率的约1/100的频率成为主环路的最大的控制响应。由于该控制响应的制约，在进行10kHz及其以上的频率的高电平/低电平脉冲运转时，开关频率超过1MHz，控制复杂化，而且闭环控制的控制响应超过极限。因此，在PI控制中，难以实现可获得高速的上升时间及下降时间的稳定的高电平/低电平脉冲运转。(离散控制)作为具有高响应性的DC/DC变换器的控制方式，存在离散控制。图20示出了PI控制和离散控制的概要。在图20(a)所示的PI控制中，检测输出与指令值的误差量来求出操作量，根据控制的响应频率逐渐跟踪。与之相对，在图20(b)所示的离散控制中，使用DC/DC变换器的主电路的模型和检测值来求出1个样本后使控制值与目标值一致所需的操作量。通过向主电路赋予该操作量来进行使指令值与控制值在下一样本点一致的非线性控制。离散控制是针对通过离散模型将以输入及输出作为状态变量的电路状态进行展开而得到的状态方程式，以第(ks+1)采样周期的控制值等于目标值的方式对每个采样周期运算脉冲宽度ΔT(k)，通过基于求出的脉冲宽度ΔT(k)的开关动作来控制输出。在理想状态下，离散控制的开关频率直接成为最大的控制响应。此时，根据模型化的主电路的关系式和检测值求出离散控制的操作量。在非专利文献1中提出了仅使用电压检测值的控制。另外，在非专利文献2～4中记述了对延迟进行推定并补偿的控制。另外，在非专利文献5中提及了数字控制中因平均化而产生的延迟时间对稳定性的影响。迄今，针对基于高电平/低电平脉冲运转的控制，提出了使用电感电流iL作为检测值的ILref控制(非专利文献6)。该ILref控制是将电感电流作为目标值并将输出电流Iout看作变动干扰而进行的输出控制。在非专利文献7中示出了在开关频率200kHz的条件下以518μs实现从低电平12V向高电平120V的108V迁移。现有技术文献非专利文献非专利文献1：A.Kawamura，T.Haneyoshi，andR.G.Hoft：“DeadbeatControlledPWMInverterwithParameterEstimationUsingOnlyVoltageSensor”，IEEEtransactionsonPowerElectronics，Vol.3，Issue2，pp.118-125(1988)非专利文献2：C.Li，S.Shen，M.Guan，J.Lu，andJ.Zhang：“ADelay-compensatedDeadbeatCurrentControllerforACElectronicLoad”，InProceedingofthe25thChineseControlConference，CCC2006，pp.1981-1985(2006)非专利文献3：K.Hung，C.Chang，andL.Chen：“AnalysisandImplementationofaDelay-compensatedDeadbeatCurrentControllerforSolarInverters”，InProceedingofCircuits，DevicesandSystems，Vol.148，pp.279-286(2001)非专利文献4：T.Nussbaumer，M.L.Heldwein，G.Gong，S.D.Round，andJ.W.Kolar“ComparisonofPredictionTechniquestoCompensateTimeDelaysCausedbyDigitalControlofaThree-PhaseBuck-TypePWMRectifierSystem”，IEEETransactionsonIndustrialElectronics，Vol.55，Issue2，pp.791-799(2008)非专利文献5：J.Chen，A.Prodic，R.W.Erickson，andD.Maksimovic:“PredictiveDigitalCurrentProgrammedControl”，IEEETransactionsonPowerElectronics，Vol.18，Issue1，pp.411-419(2003)非专利文献6：S.Mizushima，A.Kawamura，I.Yuzurihara，A.Takayanagi，andR.Ohma：“DCConverterControlUsingDeadbeatControlofHighSwitchingFrequencyforTwo-typeOperationModes”，InProceeding本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC/DC变换器，其具备包含开关电路的主电路以及控制部，将直流输入变换成多个不同的电压电平的高频脉冲输出，其特征在于，/n所述控制部在各电压电平之间设为以下3个模式：/n第1模式，以恒流控制在迁移前的电力电平与迁移后的电力电平之间的迁移区间进行控制；/n第3模式，以恒压控制在保持迁移前的电力电平以及迁移后的电力电平的各电压的维持区间进行控制；以及/n第2模式，以恒压控制在从所述迁移区间到所述维持区间的缓冲区间中进行控制，/n重复进行该3个模式的离散控制。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180420 JP 2018-0817911.一种DC/DC变换器，其具备包含开关电路的主电路以及控制部，将直流输入变换成多个不同的电压电平的高频脉冲输出，其特征在于，
所述控制部在各电压电平之间设为以下3个模式：
第1模式，以恒流控制在迁移前的电力电平与迁移后的电力电平之间的迁移区间进行控制；
第3模式，以恒压控制在保持迁移前的电力电平以及迁移后的电力电平的各电压的维持区间进行控制；以及
第2模式，以恒压控制在从所述迁移区间到所述维持区间的缓冲区间中进行控制，
重复进行该3个模式的离散控制。


2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，
在从所述第1模式向第2模式的切换中，切换时的输出电压的切换电压Vc为第3模式的切换时的电压变化成为过冲或下冲的发生极限电压的值。


3.根据权利要求2所述的DC/DC变换器，其特征在于，
所述电压变化是由于抖动而发生的最大时间Ts中的电压变化、第1模式的电流指令值引起的在缓冲区间产生的电压变化以及控制部与主电路之间的延迟时间Td中的电压变化中的至少某一个。


4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，
所述第2模式的缓冲区间为控制部生成的周期。


5.根据权利要求4所述的DC/DC变换器，其特征在于，
所述周期是控制部的控制周期的1个采样周期、采样周期的整数倍的多个周期、所述采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：让原逸男，细山田悠，
申请(专利权)人：株式会社京三制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP