本发明专利技术公开了一种滑模变结构控制DC-DC开关变换器的数字方法及系统，DC-DC开关变换器的控制环路对DC-DC开关变换器采样并处理得到多个控制信号，滑模控制环从多个控制信号中选取相应的控制信号作为控制输出，利用滑模控制环的控制输出对DC-DC开关变换器进行控制。本发明专利技术通过在DC-DC开关变换器的数字控制环路中引入滑模控制环，通过滑模控制环控制不同控制环路的控制输出，实现环路和环路之间的平滑切换，解决了环路切换时存在的动态响应速度慢、切换不平滑导致的输出震荡等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种DC-DC (直流-直流)开关变换器的控制方法及系统，特别涉及一种基于滑模变结构控制DC-DC开关变换器的数字控制方法及系统。
技术介绍
DC-DC开关变换器除了实现基本的稳压输出功能外，为了提高系统的可靠性，还会对输出电流和输出功率的大小进行限制，其输出负载特性曲线如图1所示。其中恒压输出曲线11是由恒压环控制实现，其受控对象为当前输出电压，参考对象为限定的输出电压值；限功率输出曲线12是由限功率环控制实现，其受控对象为当前输出电压和当前输出电流的积，即输出功率，参考对象为限定的输出功率值；限流输出曲线13是由限流环控制实现，其受控对象是当前输出电流，参考对象是限定的输出电流值。随着负载的渐变或突变，环路和环路之间有时存在切换。假设DC-DC开关变换器工作在恒压状态，随着负载的渐变或突变，当输出电流大于限定的输出电流时，其控制电路从恒压环切换到限流环，当输出功率大于限定的输出功率时，其控制电路从恒压环切换到限功率环。假设DC-DC开关变换器工作在限流状态，随着负载的渐变或突变，当输出电压大于限定的输出电压时，其控制电路从限流环切换到恒压环，当输出功率大于限定的输出功率时，其控制电路从限流环切换到限功率环。假设DC-DC开关变换器工作在限功率状态，随着负载的渐变或突变，当输出电压大于限定的输出电压时，其控制电路从限功率环切换到恒压环，当输出电流大于限定的输出电流时，其控制电路从限功率环切换到限流环。环路切换时，通常存在动态响应速度慢、切换不平滑，导致输出震荡等缺点。滑模变结构非常适合于解决环路切换时所引发的问题。目前对DC-DC开关变换器的性能指标要求不断提高，在动态切换方面不但要求动态响应速度要快，还要求切换要平滑。而滑模变结构控制对参数变化不敏感，不受某些外部扰动的影响，能在保证稳定性的同时，快速进行响应。因此，滑模变结构控制作为一种特殊的鲁棒控制方法，非常适合于解决 DC-DC开关变换器的控制环路切换时存在的问题。现有的模拟电路设计方法在实现滑模变结构控制DC-DC开关变换器时设计过程复杂，且缺乏精确性。传统的基于滑模变结构控制DC-DC开关变换器的方法多采用模拟控制芯片或者模拟与数字相结合的方法，其控制电路的元器件比较多，体积庞大，结构复杂、 灵活性不够。随着微处理器技术的迅猛发展，数字化技术不断提高，使用高性能高集成度的数字电路研制新一代功率变换器已经成为一种发展趋势。数字电路具有速度快、可靠性高、 可移植性强的优点，而且能够通过复杂的计算实现丰富灵活的控制策略。近年来，数字化技术实际上已成为电力电子技术发展的一个重要动力。因此，相对于模拟系统而言，利用数字方法来实现基于滑模变结构控制的DC-DC开关变换器是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于滑模变结构控制的DC-DC开关变换器的数字控制方法及系统，能更好地解决环路切换时存在的动态响应速度慢、切换不平滑导致的输出震荡等问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种滑模变结构控制DC-DC开关变换器的数字方法，该方法包括以下步骤DC-DC开关变换器的控制环路对DC-DC开关变换器采样并处理得到多个控制信号；滑模控制环从多个控制信号中选取相应的控制信号作为控制输出；利用滑模控制环的控制输出对DC-DC开关变换器进行控制。优选的，该控制环路包括恒压环、限流环、限功率环，其中，恒压环对DC-DC开关变换器的当前输出电压进行采样处理并输出恒压环的导通占空比；限流环对DC-DC开关变换器的当前输出电流进行采样处理并输出限流环的导通占空比；限功率环对DC-DC开关变换器的当前输出电压、当前输出电流进行采样处理并输出限功率环的导通占空比。优选的，滑模控制环比较多个控制信号，选取其中最小值作为控制输出。优选的，滑模控制环比较恒压环输出的导通占空比、限流环输出的导通占空比、限功率环输出的导通占空比，选取其中最小值作为控制输出。优选的，滑模控制环的控制输出对DC-DC开关变换器进行控制的步骤具体为利用滑模控制环的控制输出计算DC-DC开关变换器的开关管的导通占空比；利用开关管的导通占空比生成脉冲宽度调制PWM波，对DC-DC开关变换器进行控制。优选的，恒压环、限流环、限功率环分别基于滑模变结构控制。根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于滑模变结构控制DC-DC开关变换器的数字系统，该系统包括DC-DC开关变换器，用于将固定的直流电压变换成可变的直流电压；控制环路，用于对DC-DC开关变换器采样并处理得到多个控制信号；滑模控制环，用于从多个控制信号中选取相应的控制信号作为控制输出，控制 DC-DC开关变换器。优选的，控制环路包括恒压环，用于对DC-DC开关变换器的当前输出电压进行采样处理并输出恒压环的导通占空比；限流环，用于对DC-DC开关变换器的当前输出电流进行采样处理并输出限流环的导通占空比；限功率环，用于对DC-DC开关变换器的当前输出电压、当前输出电流进行采样处理并输出限功率环的导通占空比。优选的，滑模控制环比较恒压环输出的导通占空比、限流环输出的导通占空比、限功率环输出的导通占空比，取其中最小值作为滑模控制环的控制输出。优选的，恒压环、限流环、限功率环分别基于滑模变结构控制。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于通过在DC-DC开关变换器的数字控制环路中引入滑模控制环，利用滑模控制环控制不同环路的控制输出，实现环路和环路之间的平滑切换，具有环路切换时动态响应速度快、切换平滑等有益效果。附图说明图1是现有技术提供的DC-DC开关变换器的输出负载特性曲线；图2是本专利技术提供的滑模变结构控制DC-DC开关变换器的控制方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的滑模变结构控制DC-DC开关变换器的控制方法流程图；图4是滑模变结构控制的原理框图；图5是本专利技术实施例提供的采用平均电流模式的恒压环控制的结构框图；图6是本专利技术实施例提供的限流环控制的结构框图；图7是本专利技术实施例提供的限功率环控制的结构框图；图8是本专利技术实施例提供的滑模控制的数字实现流程图；图9是本专利技术实施例提供的负载从恒压环切换到限流环时环路输出占空比的变化曲线图；图10是本专利技术实施例提供的基于滑模变结构控制的DC-DC开关变换器的数字控制系统的结构示意图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在DC-DC开关变换器中，随着输出负载的改变，变换器的输出电压、输出电流和输出功率都有可能改变。假设变换器先工作在恒压状态，即输出电压恒定，此时逐渐增加负载，输出电流和输出功率均增大，随着负载的逐步加大，当输出电流大于限定的输出电流或者输出功率大于限定的输出功率，期望将输出电流或者输出功率限制为限定值，此时期望将受控量从输出电压切换到输出电流或者输出功率，工作环路从恒压环切换到限流环或限功率环。为了实现环路之间的平滑切换，三个控制环路根据其受控量的当前时刻的值和期望值或限定值进行比较，在每个采样周期，在中断子函数中依次计算三个环路的控制输出。 滑模控制环取三个环路的控制输出的最小值作为其输出值，根据该最小值计算DC-DC开关变换器的开关管的导通占空比或开关周期，并发出PWM(PULSE W本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐波，周华敏，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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