一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，包括变换器和数字控制器，所述变换器对输入电压进行采样，并传送给所述数字处理器，所述数字处理器根据接收到的输入电压确定当前的工作模式，并计算小信号输入电压前馈量，将该前馈量前馈至控制环路输出的占空比控制量，以抑制电压扰动；所述控制器判断当前工作模式是否发生变化，若发生变化则将占空比控制量置零并计算当前的工作模式下的稳态占空比赋值给占空比控制量，以实现输出电压稳定调节。本发明专利技术通过在控制环路中引入双重输入电压前馈不仅消除了输入电压扰动对输出电压的影响还实现了四种工作模式之间的平滑切换，有效提高了四开关升降压变换器输出电压的稳定性。电压的稳定性。电压的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子技术与电工
，涉及一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，特别涉及一种四模式四开关升降压变换器工作模式平滑切换的控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的快速发展，在航空航天领域涌现出了各种功能的机载电子设备。飞机外挂吊舱成为飞机装载电子设备的主要方式之一，在机载军事对抗电子设备中得到了广泛的应用。不同的机载吊舱由于吊舱设备种类不同对其电源系统的供电要求也不尽相同，而且吊舱电子设备具有高度的机动性和灵活性，如果要求飞机的电源系统可以满足各种特种吊舱电子设备的供电性能是不切实际的。因此，自发电技术在机载吊舱的电源系统中得到了广泛的应用。
[0003]在自发电供电系统中，随着飞机飞行状态和环境的变化，发电机输入的其他形式的能量会发生较大变化，发电机的输出电压也因此会因此在较宽的范围变化，需要具有升降压调压功能的变换器对发电机输出电压进行稳压为负载提供稳定的直流电压。在多种升降压电路中，四开关升降压变换器(Four Switches Buck
‑
Boost,FSBB)凭借其输入输出电压同极性、电压应力小、无源器件少等优势被广泛应用于宽输入电压范围场合。FSBB电路拓扑如图1所示。在该拓扑中存在两个开关桥臂互补工作和一个电感，因此存在Q1的占空比d1和Q3占空比d2两个控制自由度。
[0004]根据一个开关周期内的电感伏秒平衡原理可以得到FSBB的输入输出电压关系为
[0005][0006]目前针对FSBB的工作模式的研究可以大致分为以下4种类型：(1)单模式控制；(2)Buck/Boost两模式控制；(3)Buck/Buck
‑
Boost/Boost三模式控制；(4)Buck/Buck
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Boost方式Ⅰ/Buck
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Boost方式Ⅱ/Boost四模式控制。单模式控制仅需控制一个占空比即可实现升降压功能，不存在工作模式切换问题，但是，四个开关管同时工作并且电感电流的纹波和平均值均较大，因此电路的工作效率低。两模式控制通过判断输入电压与输出电压关系使FSBB分别工作在Buck或Boost模式，该模式下只有两个开关管工作，开关损耗小。但是，当输入电压与输出电压接近时，Buck/Boost模式均存在极限占空比问题，输出电压在该处纹波会增大甚至是系统失控。三模式控制根据输入电压范围划分三个区域，分别使其工作在Buck、Buck
‑
Boost和Boost模式，但是中间过渡的Buck
‑
Boost模式效率偏低。进一步提高Buck/Buck
‑
Boost/Boost三模式控制的效率，Buck/Buck
‑
Boost方式1/Buck
‑
Boost方式2/Boost四模式控制被提出，在V
O
和V
O
+
△
V之间采用固定占空比d2＝D
N
，调节d1的单模式控制，在V
O
－
△
V和V
O
之间则采用固定占空比d1＝D
M
，调节d2的单模式控制。但是四模式控制在不同的工作模式下输入输出电压关系不同，因此在工作模式切换时稳态占空比会发生突变，输出电压也会因此发生波动，波动的程度与稳态占空比的突变程度相关。
[0007]采用传统的小信号输入电压前馈控制可以抑制输入电压扰动对输出电压的影响，但是仅凭小信号输入电压前馈无法解决工作模式切换时的稳态占空比突变问题，因此当工作模式切换伴随着较大的稳态占空比突变时，输出电压在工作模式切换时会发生严重波动。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，能够在抑制输入电压扰动的基础上实现不同工作模式的平滑切换，有效缓解了传统小信号输入电压前馈控制在工作模式切换时输出电压发生严重波动的问题，提高了四模式FSBB变换器的输出电压调节性能。
[0009]本专利技术为实现上述目的采用如下技术方案：
[0010]一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，包括变换器和数字控制器，所述变换器对输入电压进行采样，并传送给所述数字处理器，所述数字处理器根据接收到的输入电压确定当前的工作模式，并计算小信号输入电压前馈量，将该前馈量前馈至控制环路输出的占空比控制量，以抑制电压扰动；所述控制器判断当前工作模式是否发生变化，若发生变化则将占空比控制量置零并计算当前的工作模式下的稳态占空比赋值给占空比控制量，以实现输出电压稳定调节。
[0011]有益效果：
[0012](1)本专利技术通过在不同工作模式下分别引入小信号输入电压前馈控制以消除四开关升降压变换器在四种工作模式下的输入电压扰动对输出电压的影响；
[0013](2)本专利技术在工作模式切换过程中根据输入电压和工作模式计算占空比进行前馈以抑制工作模式切换时的占空比突变对输出电压的影响；
[0014](3)本专利技术在控制环路中引入双重输入电压前馈，不仅消除了输入电压扰动对输出电压的影响还实现了四种工作模式之间的平滑切换，改善了输出电压的稳定性，相较于单电压环的调节方式，前馈的调节方式调节速度更快，调节的效果更好。
附图说明
[0015]图1为现有技术中的FSBB电路拓扑示意图；
[0016]图2为本专利技术一个实施例的中双重输入电压前馈控制框图。
[0017]图3为本专利技术一个实施例的四模式FSBB在相邻工作模式切换时的占空比突变示意图；
[0018]图4为本专利技术一个实施例的四模式FSBB在相邻工作模式切换时无输入电压前馈下的输出电压调节过程；
具体实施方式
[0019]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。
[0020]如图2所示，本专利技术为一种用于自发电系统的四开关升降压变换器工作模式平滑切换控制方法。
[0021]变换器工作中对输入电压采样，将当前输入电压传送给数字处理器，如DSP等，在
数字处理器中根据输入电压确定当前工作模式并计算小信号输入电压前馈量前馈至如图3所示的控制环路输出的占空比控制量。在控制器中判断当前工作模式是否发生变化，若发生变化则将占空比控制量置零并计算当前的工作模式下的稳态占空比赋值给占空比控制量。本专利技术通过双重输入电压前馈实现输出电压稳定调节。
[0022]下面对本专利技术的双重前馈分别进行介绍。
[0023]如图3所示，根据输入电压与输出电压关系将输入电压划分为四个工作模式区域，在变换器工作时将根据当前的输入电压采样值决定FSBB的工作模式，将控制器输出的占空比控制量给相应的开关管调节输出电压。四个工作模式分别为：Buck模式、Buck
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Boost降压模式、Buck
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Boost升压模式以及Boost模式。本实施例中的变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，其特征在于，包括变换器和数字控制器，所述变换器对输入电压进行采样，并传送给所述数字处理器，所述数字处理器根据接收到的输入电压确定当前的工作模式，并计算小信号输入电压前馈量，将该前馈量前馈至控制环路输出的占空比控制量，以抑制电压扰动；通过控制器判断当前工作模式是否发生变化，若发生变化则将占空比控制量置零并计算当前的工作模式下的稳态占空比赋值给占空比控制量，以实现输出电压稳定调节。2.根据权利要求1所述的用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，其特征在于，得到所述小信号输入电压前馈量的方法为：根据变换器在不同的工作模式下电路的小信号模型计算出相应的前馈函数，基于该前馈函数及当前输入电压得到小信号输入电压前馈量。3.根据权利要求2所述的用于自发电系统的四开关升降压变换器控制方法，其特征在于，变换器为四模式四开关升降压变换器，其根据输入电压与输出电压的关系分别工作在Buck模式、Buck
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Boost降压模式、Buck
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Boost升压模式以及Boost模式。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海鸿，杨跃茹，谢斯璇，聂新，刘湘，陈志辉，王珑，朱春玲，朱梓悦，戴卫力，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：