一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，属于DC

A switching control method of boost converter based on output feedback

【技术实现步骤摘要】
一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，属于DC
‑
DC Boost变换器控制


技术介绍

[0002]Boost变换器是一类典型的DC
‑
DC变换器，用于转变输入电压并有效输出固定电压，作为可变直流电源，在工业现场有非常多的应用。传统的DC
‑
DC变换器控制策略基于小信号模型的脉宽调制(PWM)法，通过固定的开关频率实现输出电压的稳态控制，但是小信号模型是系统在工作点的近似线性模型，因此基于小信号模型的控制方法只能保证系统在工作点的稳态输出，而无法保证系统从初始点到工作点之间的动态特性。而如果系统从初始点到工作点之间的动态特性无法保证，则可能导致系统到达稳态的时间有延迟，或者出现超调现象，而这些后果会导致器件损伤，降低器件使用寿命。
[0003]为改善系统的动态特性，实现更加灵活的控制目标，同时减少超调和延迟现象，基于大信号模型的控制方法被应用于DC
‑
DC变换器的控制当中，例如变结构控制、状态轨迹控制等。但是这些基于大信号模型的控制方法需要采集系统全状态的信息，包括系统中的电流、电压值，增加了系统的控制成本，增加了控制系统的信息冗余。
[0004]因此，本申请提出一种新的Boost变换器切换控制方法。

技术实现思路

[0005]为了在不增加系统控制成本的基础上改善系统的动态特性，本专利技术提供了一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，所述方法基于切换控制系统实现，所述切换控制系统包括：输出电压采集器件、Luenberger观测器、切换判断器和驱动电路；
[0006]所述输出电压采集器件用于采集Boost变换器的输出电压v
C
；所述Luenberger观测器用于根据输出电压v
C
观测Boost变换器状态；所述切换判断器用于根据Luenberger观测器观测到的Boost变换器状态、并根据输入的期望输出电压v
ref
确定切换信号的状态；所述驱动电路用于根据切换信号控制Boost变换器中MOSFET管的开通与关断以实现对于Boost变换器的输出控制。
[0007]可选的，所述切换信号的状态由时变函数σ确定：
[0008][0009]其中，正定对称矩阵P为切换控制器增益；x
ref
为Boost变换器的期望状态；为观测状态；A
i
和B
i
表示Boost变换器的系统参数矩阵。
[0010]可选的，所述输出电压采集器件采用运放芯片LM358实现对于Boost变换器的输出电压v
C
的采集。
[0011]可选的，所述系统采用STM32F103C8Tx单片机实现Luenberger观测器及切换判断器的功能。
[0012]可选的，所述系统内部的数据传输通过USB转串口芯片CH340实现。
[0013]本申请还提供一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，所述切换控制方法基于上述切换控制系统实现，所述方法包括：
[0014]步骤S1，建立切换控制系统的状态空间切换模型：
[0015][0016]其中，系统状态x＝[i
L v
C
]·
，i
L
为电感电流，v
C
为电容电压，即输出电压；y表示系统输出状态；A
σ
、B
σ
和C
σ
，表示根据切换信号的状态确定的系统的参数矩阵；
[0017]步骤S2，根据期望输出电压v
ref
确定Boost变换器的期望状态：
[0018][0019]其中，R为负载电阻值，E为电源输入电压值；
[0020]步骤S3，采集Boost变换器的输出电压v
C
，并根据输出电压对系统的状态进行观测，得到系统的观测状态：
[0021][0022]式中，为观测状态，L
σ
为观测器增益；
[0023]步骤S4，通过观测器输出的观测状态以及闭环系统的期望状态确定时变函数σ的取值，进而确定切换信号的状态：
[0024][0025]其中，正定对称矩阵P为切换控制器增益；
[0026]步骤S5，根据切换信号的状态控制控制Boost变换器中MOSFET管的开通与关断，实现对于Boost变换器的控制。
[0027]可选的，时变函数σ取值为1时，对应的切换信号的状态表示MOSFET导通；时变函数σ取值为2时，对应的切换信号的状态表示MOSFET关断；
[0028]对应的系统矩阵A
σ
、B
σ
和C
σ
分别为：
[0029]C1＝C2＝[0 1][0030]其中，R0为电感串联电阻值，L为电感值，C为电容值。
[0031]本专利技术有益效果是：
[0032]通过建立切换控制系统的状态空间切换模型，引入切换Luenberger观测器，通过采样系统的输出电压对系统状态进行观测，利用观测状态设计切换判断函数，通过驱动电路将切换信号作用于MOSFET管，从而实现Boost变换器的输出反馈切换控制方法。本申请方法能够改善系统的动态特性，实现更加灵活的控制目标，输出反馈的引入降低了系统的控制成本，仅通过输出电压的采样即可实现系统的控制目标。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本申请一个实施例中Boost变换器的输出反馈切换控制结构框图。
[0035]图2A是本申请一个实施例中切换信号σ＝0时的Boost变换器等效电路图。
[0036]图2B是本申请一个实施例中切换信号σ＝1时的Boost变换器等效电路图。
[0037]图3A是本申请一个实施例中的仿真电流状态响应曲线。
[0038]图3B是本申请一个实施例中的仿真电压状态响应曲线
[0039]图4A是本申请一个实施例中仿真电流观测误差曲线。
[0040]图4B是本申请一个实施例中仿真电压观测误差曲线
[0041]图5A是现有基于PWM的PID闭环控制电流状态响应曲线；
[0042]图5B是现有基于PWM的PID闭环控制电压状态响应曲线；
[0043]图6是是本申请一个实施例中闭环控制系统实验模块图。
[0044]图7是本申请一个实施例中闭环控制系统实验输出电压响应曲线。
具体实施方式
[0045]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制系统，其特征在于，所述切换控制系统包括：输出电压采集器件、Luenberger观测器、切换判断器和驱动电路；所述输出电压采集器件用于采集Boost变换器的输出电压v
C
；所述Luenberger观测器用于根据输出电压v
C
观测Boost变换器状态；所述切换判断器用于根据Luenberger观测器观测到的Boost变换器状态、并根据输入的期望输出电压v
ref
确定切换信号的状态；所述驱动电路用于根据切换信号控制Boost变换器中MOSFET管的开通与关断以实现对于Boost变换器的输出控制。2.根据权利要求1所述的切换控制系统，其特征在于，所述切换信号的状态由时变函数σ确定：其中，正定对称矩阵P为切换控制器增益；x
ref
为Boost变换器的期望状态；为观测状态；A
i
和B
i
表示Boost变换器的系统参数矩阵。3.根据权利要求1所述的切换控制系统，其特征在于，所述输出电压采集器件采用运放芯片LM358实现对于Boost变换器的输出电压v
C
的采集。4.根据权利要求1所述的切换控制系统，其特征在于，所述系统采用STM32F103C8Tx单片机实现Luenberger观测器及切换判断器的功能。5.根据权利要求1所述的切换控制系统，其特征在于，所述系统内部的数据传输通过USB转串口芯片CH340实现。6.一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，其特征在于，所述切换控制方法基于权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张凌宇，林豪杰，楼旭阳，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：