一种改善DC-DC变换器动态性能的数字控制方式
数字控制的buckdc-dc变换器研究

西安科技大学硕士学位论文数字控制的Buck DC-DC变换器研究姓名:***申请学位级别:硕士专业:电路与系统指导教师:程红丽;刘健@论文题目:数字控制的Buck DC-DC变换器研究专业:电路与系统硕士生:王立(签名)指导老师:程红丽(签名)刘健(签名)摘要为了在失电情况下继续维持智能终端设备短暂工作,研究了一种基于超级电容器储能和buck DC-DC变换器的自动化终端备用开关电源解决方案。
论述了电路组成、下限工作电压选取和储能电容器容量设计方法。
根据能量平衡关系,分析了负载突然增大和负载突然减轻情况下的最严重电压凹陷和电压骤升,并得出输出滤波电容容量的设计考虑。
以一个具体的超级电容器储能FTU电源为例,详细说明了电路参数的设计方法,并进行了实验研究。
实验结果表明所设计的超级电容器储能备用电源能够满足在失去正常供电电源后自动化终端待机、操作和通信的需要,并且所进行的理论分析与实际情况相符。
为了改善buck DC-DC变换器的动态性能,提出了一种基于微处理器的电流跟踪数字控制方法,根据输出电流和输出电压的采样信息,计算出所需要的输出电流,并将电感电流控制在该输出电流的一个滞环宽度之内。
详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应,给出了参数选择和设计依据。
在Simulink环境下以一个具体的Buck 变换器为例进行仿真实验,获得仿真数据及仿真波形等仿真结果。
最后以ARM—LPC2138作为控制平台,制作了一台电流跟踪数字控制的buck DC-DC变换器,并进行了实验研究。
实验结果表明所提出的电流跟踪数字控制方法是可行性、所进行的理论分析是正确的,并且表明所提出的方法具有动态响应速度快的特点。
关键词:DC-DC变换器;电容储能;电流跟踪控制;数字控制;动态特性研究类型:应用研究Subject :On Digital Controlled Buck DC-DC ConvertersSpecialty :Circuit and SystemName :Wang Li (Signature) Instructor:Chong Hongli (Signature)Liu Jian (Signature)ABSTRACTTo keep the intelligent terminal units working for a certain period in case of outage, A back-up switching supply based on super capacitor energy storage and buck DC-DC converters is researched. The circuit structure, the selection of the minimum working voltage of the converter and the design considerations of the capacitance of the energy storage capacitor are discussed. Based on the energy balance principle, the lowest output voltage drop and the highest output voltage rise in case of the output current suddenly changing are analyzed, respectively. The design considerations of the output filter capacitor are given. A super capacitor energy storage based back-up supply is used as the example to show the design steps. Experiments are made on the supply, the results of which show that it can meet the requirements of normal working, communication and control, and that the analysis results are in positive to the experiment results.To improve the dynamic behaviour of buck DC-DC converters, a current following digital control approach based on micro-processor is put forward. The output current and the output voltage are measured, based on which, the inductor current to make the output voltage to be the desired value is calculated and is controlled to a narrow range around it. The dynamic performance in case of the load changing and the starting period is analyzed. The design considerations are given. Taking a specific Buck converter as an example, the Simulink simulation results are obtained. Finally a buck DC-DC converter based on current following digital control has been implanted by ARM—LPC2138 and the experiments are made, the results of which show that the proposed approach is feasible, the analysis is correct and the proposed method is with fast responding speed.Key words: DC-DC converters Capacitor based energy storage Current following control Digital control Dynamic behaviourThesis : Application Research1绪论1 绪论1.1 选题背景和研究意义1.1.1开关电源技术的产生开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态,是利用现代电力技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。
一种新颖的DC-DC开关变换器数字控制方法

i a y t e r aie t i i lc n r lmeh d lg o s e s o b e lz d wih d gt o to to o o y frDC- o v re s a DC c n e tr .Ac o d n o t e dfe e t l c r i g t h i r n i f a e u t n o nd co u r n n t pe ain p o e s o o v re q ai fi u t rc r e ti he o r to r c s fa c n e tr,t e d t ai o to tae sd - o h u y r to c nr lsrt g i e y
一
种 新 颖 的 D . C开 关 变 换 器数 字控 制 方 法 CD
冷 朝 霞 ,刘健 , 庆 丰 王 华 民 刘 ,
(. 1 西安理工大学 自 动化与信息工程学院 , 陕西 西安 704 ; 108
2 .西安科技大学 电气与控制工程学院 , 陕西 西 安 7 05 10 4)
DCDC变换器数字PID控制方法研究.

DC/DC变换器数字PID控制方法研究1引言随着DSP等数字信号处理器的出现,电力电子电路的数字控制得到了很大的发展。
数字处理器能够瞬时读取变换器的输出值,并快速地计算出控制值对变换器进行控制。
由于数字控制可以采用灵活的控制策略,一些先进的控制方法应用于电力电子电路成为可能。
随着数字处理器价格不断下降和性能的不断提升,应用数字控制的开关型电力变换装置会日益增多。
未来电力电子的发展方向可以用“高频化、数字化、绿色化、模块化”来概括。
PID控制1 引言随着DSP等数字信号处理器的出现,电力电子电路的数字控制得到了很大的发展。
数字处理器能够瞬时读取变换器的输出值,并快速地计算出控制值对变换器进行控制。
由于数字控制可以采用灵活的控制策略,一些先进的控制方法应用于电力电子电路成为可能。
随着数字处理器价格不断下降和性能的不断提升,应用数字控制的开关型电力变换装置会日益增多。
未来电力电子的发展方向可以用“高频化、数字化、绿色化、模块化”来概括。
PID控制是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高,被广泛应用于各种控制中,尤其适合可建立精确数学模型的确定性系统。
但实际的电力电子系统是一个线性和非线性相结合的系统,难以建立精确的数学模型。
在实际调试过程中,PID参数往往整定不良、性能欠佳,适应性比较差,长期以来,人们一直在寻求数字PID参数的整定方法。
本文根据变换器系统的硬件条件将采样频率调至极限值,提高系统的控制性能,运用极点配置的方法整定PID的比例、积分、微分系数,并通过MATLAB仿真修订这些参数,得到良好的控制效果。
2 控制对象简介本文控制的对象为移相全桥零电压开关变换器。
主电路如图1所示。
这种变换器结合了零电压准谐振技术和传统PWM变换器技术两者的优点,工作频率固定,在换向过程中利用LC谐振使器件零电压开关,在换向完毕后仍然采用PWM技术传送能量,开关损耗小、可靠性高,是一种适合于大中功率开关电源的软开关电路。
一种改善DC/DC开关变流器动态响应速度的方法研究——分析,设计及电路实验

加 以处理 高d/ t 负载 变化 ,如 果使 用 常规VR技 术 ( 关 电压调 节 器VR ),由于导 线 的寄 生参数 的存 id的 开
在 ,通过 添加 更 多的 电容 器 ,效 果并 不显 著 。在 本 文 中,我 们 提 出一 个 新 的配置 和控 制 概念 , 以解决 电 压 尖峰 问题 。改进 的V R将在 02 s 、u 内响应 ,以避 免 电压 尖峰 陡升 或 陡降 太 多。 这 一概 念 的提 出将 使 目前 的V  ̄ RJ 上微 处理 器的发展 。利 用所提 出的动 态补偿 可 以解 决这 些 问题 ,减 少 电容 值 , 以降低 成本 、节 省  ̄
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第5 第4 卷 期
2 0 年 1 月 07 2
深圳信息职业技术学院学报
J u n l f h n h n I si t f n o ma in T c n lg o r a o e z e t u eo fr t e h oo y S n t I o
压峰值 . 常大 批 电容 器 安放 在微 处 理 器 的 系统 板 仍 然不 能满 足严格 的设 计要 求 。 由于微处 理器 的速 通 附近 ,以在负 载变 化 的过 渡过 程 中减少E R 和 电压 度 不断增 加 ,C U S P 的供 电电压 随着 负载 电流和 负载
尖 峰 。然 而, 量庞 大 的 电容在 主板 上增 加 了成 本 , 电流变 化率 的增加 不 断地减 少 ,结果 寄生 参数 在瞬 数 占用 了大量 的 主机 板 空 间 。 负载 变 化 率 不 断 上 升 , 态 电 压 尖峰 的影 响会 成 为 一 个 势 垒 ,使 在 目前 VR 然 而在 主机板 上没 有额 外 的 电容 器空 间 。这里 对 瞬 技 术 上 C U 到进 一 步发展 。在这 个提 议 中 ,我 们 P得 态 电压 尖 峰有 两 种解 决 方法 . 方法 一 就是 应 进 一 步 提 出一个新 的配置 和控 制概 念 ,以解 决 电压尖 峰 问 减 少 电容器 的等效 电阻值 。另外 一种 方法 就是 增快 题 ,改 进 的VR 在02 s 将 .u 内响 应 ,以避免 电压尖 峰
双有源全桥dc-dc变换器优化控制方法

双有源全桥DC-DC变换器优化控制方法一、引言随着电力电子技术的快速发展,双有源全桥DC-DC变换器在许多领域,如电动汽车、可再生能源系统和电网互联等方面得到了广泛应用。
然而,由于其复杂的非线性特性,双有源全桥DC-DC变换器的控制策略面临着诸多挑战。
本文旨在探讨一种基于遗传算法的优化控制策略,以提高双有源全桥DC-DC变换器的转换效率和稳定性。
二、双有源全桥DC-DC变换器的基本原理与结构双有源全桥DC-DC变换器由两个全桥电路组成,每个全桥电路包含四个开关管和两个二极管。
通过控制开关管的通断,可以实现电能的双向流动,进而调整输出电压。
这种结构的变换器可以实现高效率、高可靠性和高功率密度的电能转换。
三、双有源全桥DC-DC变换器在电力电子领域的应用双有源全桥DC-DC变换器因其高效、灵活的电能转换能力,广泛应用于电动汽车、可再生能源系统和电网互联等领域。
特别是在电动汽车中,双有源全桥DC-DC变换器可以实现电池的高效充电和电动机的高性能驱动。
四、现有控制方法的问题与挑战尽管双有源全桥DC-DC变换器具有许多优点,但其复杂的非线性特性使得现有控制方法在效率和稳定性方面存在诸多问题。
具体来说,传统的PID控制方法难以实现快速收敛和良好的动态性能,且易受参数变化和外部扰动的影响。
五、基于遗传算法的优化控制策略为了解决现有控制方法的问题,本文提出一种基于遗传算法的优化控制策略。
该策略通过对PID控制器的参数进行优化,以提高双有源全桥DC-DC变换器的转换效率和稳定性。
遗传算法是一种全局优化搜索算法,通过模拟生物进化过程中的遗传机制,实现参数空间的寻优。
六、实验设计与仿真分析为了验证所提优化控制策略的有效性,我们进行了一系列实验和仿真分析。
首先,我们搭建了一个双有源全桥DC-DC变换器的实验平台,包括主电路、驱动电路和控制电路等部分。
然后,我们采用Matlab/Simulink进行仿真分析,通过对比传统PID控制方法和基于遗传算法的优化控制策略,验证了优化后的系统在转换效率和稳定性方面的优越性。
利用数字控制器提高DCDC效率策略总结

利用数字控制器提高DCDC效率策略总结.doc利用数字控制器提高DC-DC转换器效率策略总结摘要DC-DC转换器是电力电子系统中的关键组件,广泛应用于各种电源管理领域。
随着电子设备对能效要求的提高,提高DC-DC转换器的效率成为研究的重点。
数字控制器由于其灵活性和可编程性,被广泛用于提升DC-DC转换器的性能。
本文总结了利用数字控制器提高DC-DC转换器效率的策略,包括先进的调制技术、精确的电流检测、动态负载响应和热管理等。
引言DC-DC转换器在各种电源系统中扮演着至关重要的角色,它们负责将输入电压转换为所需的输出电压和电流。
随着技术的发展,对DC-DC转换器的效率和性能要求越来越高。
数字控制器提供了一种有效的方法来提高DC-DC转换器的性能,通过精确控制和优化算法,可以显著提高效率,降低能耗。
数字控制器的优势灵活性和可编程性数字控制器可以根据不同的应用需求进行编程,实现多种控制策略。
高精度控制数字控制器可以提供高精度的时间和电压控制,从而提高转换效率。
易于集成数字控制器可以与微处理器和其他电子元件集成,形成复杂的电源管理系统。
提高效率的策略先进的调制技术PWM(脉宽调制):通过调整开关器件的开关时间,优化能量转换过程。
PFM(脉冲频率调制):在轻载条件下,通过降低开关频率来减少开关损耗。
精确的电流检测使用高精度的电流传感器和数字信号处理技术,实现对电流的精确检测和控制。
动态负载响应利用数字控制器的快速响应特性,实时调整输出以适应负载变化。
热管理通过智能热管理算法,优化散热设计,减少热损耗。
电源管理策略实施先进的电源管理策略,如睡眠模式和唤醒机制,以减少待机功耗。
实施策略硬件设计选择合适的数字控制器,确保其具有足够的处理能力和接口。
软件编程开发高效的控制算法,实现对DC-DC转换器的精确控制。
系统仿真在实际应用之前,通过仿真软件对系统进行测试和优化。
实际应用在实际电源系统中部署数字控制器,并进行现场调试和优化。
数字DC-DC变换器动态性能和系统稳定性提高方法研究共3篇

数字DC-DC变换器动态性能和系统稳定性提高方法研究共3篇数字DC-DC变换器动态性能和系统稳定性提高方法研究1数字DC-DC变换器是现代电力电子系统中的核心部件之一,广泛应用于各种场合。
它通过控制输出电压和电流的方式,完成对电源的有效转换。
然而,为了保证电源的稳定性和效率,DC-DC变换器需要具备良好的动态性能和系统稳定性。
本文将针对数字DC-DC变换器的动态性能和系统稳定性这两个关键问题,提出提高方法的探讨。
一、数字DC-DC变换器的动态性能数字DC-DC变换器的动态性能是指其在输入信号变化时所表现的瞬态响应能力。
由于数字DC-DC变换器的控制环节采用数字信号处理技术,因此,其动态性能具有一定的复杂性。
下面是提高数字DC-DC变换器动态性能的几种方法。
1、优化控制算法优化控制算法是提高数字DC-DC变换器动态性能的关键。
目前,常见的控制算法包括PID控制算法、预测控制算法和自适应控制算法等。
这些算法各有特点,需要根据具体的应用场景选择。
2、增加滤波器补偿由于数字DC-DC变换器的控制环节通常采用离散控制方式,其控制信号可能存在高频噪声。
这种噪声会对变换器的动态性能造成一定的干扰。
为了消除这种问题,通常需要在控制器输出端增加滤波器来进行补偿。
这种方法可以有效提高数字DC-DC变换器的动态性能。
3、优化PWM技术脉宽调制技术是数字DC-DC变换器中最常用的控制方式。
通过优化PWM技术,可以控制变换器的输出精度和响应速度。
一般来说,增加开关频率和改进PWM模式可以有效提高数字DC-DC变换器的动态性能。
二、数字DC-DC变换器的系统稳定性数字DC-DC变换器的系统稳定性是指其在工作过程中所表现的稳定性能力。
系统稳定性是保证数字DC-DC变换器长期稳定运行的重要因素。
下面是提高数字DC-DC变换器系统稳定性的几种方法。
1、优化控制策略控制策略是影响数字DC-DC变换器系统稳定性的一个重要因素。
在控制设计过程中,需要根据实际情况选择合适的控制策略。
改善DC-DC动态特性的两个小妙招

改善DC-DC动态特性的两个小妙招电源是现代电子产品必不可缺的模块,现今大多数的通用电源芯片都会提供如下图所示的反馈引脚,便于客户使用反馈电阻实现所需的输出,简化设计并节省调试时间。
但是通用化也从根本上制约了转换器的带宽及瞬态响应能力。
这种情况下,设计师可以通过使用前馈电容在一定程度上对此进行改善。
本次对前馈补偿进行基本介绍,以方便设计人员选取合适的前馈电容以达到更优秀的产品性能。
前馈电容的影响常见的可调电源电路如下图所示。
*可调电源电路A(s)为电源系统的开环增益,为方便讨论我们假定A(s)里已经包含了输出电容、负载等其他因素的影响。
上述电路在不使用前馈电容CF时的输出电压为其中,β为反馈系数。
其环路增益为可见,通过调节分压电阻虽然可以改变输出电压OUT,但同时也使得G(s)的带宽变窄。
合理地使用前馈电容可以提升电源的带宽及响应速度,此时环路增益为由此可得,CF并不改变DC输出,而是为系统引入了一对低频零点fz 和高频极点fp。
零点会使相位裕量增加,极点则恶化相位裕量,使零点与极点尽量远离才能获得更多的相位裕量。
但CF引入的零极点对的距离在对数坐标里是固定的,因为据此可确定,前馈电容在R1/R2越大时作用越明显,在R1=0时不产生作用。
而在R1/R2确定的场合,需要合理地选择前馈电容CF。
前馈电容的选择为了兼顾系统的带宽和相位裕量,通过以下步骤可以得到最优化的前馈电容容值1. 在没有前馈电容的情况下测得系统的穿越频率fc;2. 选择的前馈电容引入的零点和极点,使其满足化简为案例分析在某种运用下将SY8513配置成5V输出,使用电阻R1=105kΩ,R2=20kΩ,此时β=0.16。
使用环路分析仪,在没有前馈电容的情况下测得系统的环路增益曲线,如下所示。
*SY8513没有前馈电容时的环路曲线可见此时系统的穿越频率为fc=34.8kHz,计算得到最优的前馈电容CF=109pF,我们实际使用较为接近的110pF。
增强DC-DC变换器动态响应的新方法

增强DC/DC变换器动态响应的新方法现代MPU和DSP中使用的节能技术会使负载电流在工作时有大幅度的变动,负载电流阶跃的转换速率和振幅可能非常高。
例如,Intel Pentium4电流阶跃的转换速率可能高达350A/ms。
但是,电源线路中允许的最大电压降落或过冲不得超过100~120mV!因此,电源设计工程师经常面临的一个难题是如何在当负载电流高速瞬变时能提供快速的动态响应。
图1 DRC的方框图 图2 负载瞬变期间的DC/DC和DRC电流 标准解决方案为提高DC/DC变换器和稳压器的负载动态响应,许多设计工程师选择使用大容量输出电容器。
大容量电容器通常必须具有非常低的ESR(等效串联电阻)值。
这代表着必须以并联方式连接众多电容器。
此解决方案的成本较高,并且需要占用大量的板空间。
提高DC/DC变换器动态响应的另一种方法是降低变换器的输出滤波电感。
此解决方案的缺点是效率较低,因为它需要较高的开关频率。
一些设计工程师使用带辅助快速线性稳压器的DC/ DC变换器。
此解决方案必须使用较高的供电电压对线性稳压器供电,因此转换效率较低。
另外的方法是并连一个或多个DC/DC变换器来改善动态响应。
此解决方案必须同步于不同的变换器(包括开关频率和相位),因此电路比较复杂。
全新的解决方案本文建议的动态负载瞬变响应电路(DRC)可以与任何DC/DC 变换器配合使用。
此解决方案可以减少对大容量电容器的要求,或无需使用此类电容器。
与其它解决方案相比,成本更低,并且占用的板面积更小。
它不会对效率有较大的影响。
这一新颖的设计基于能对输出电压变化作出快速反应的。
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徐 海 鹏 , 周 雒 维 , 孙 鹏 菊
( 重庆大学 输 配电装备及系统安全 与新技 术国家重点实验室 ,重庆 4 0 4 ) 00 4
摘
要 : 对 低压 大 电流 D . C变换 器 负载经 常 变化 的特 点 , 针 CD 以动 态过程 输 出电压 超 调 量 最 小和
调 节 时 间最短 为 目的 , 出 了一 种 改善 D . C变换 器动 态性 能的数 字控 制 方 式。将 变换 器在 负载 提 CD 变化 时的 暂 态过 程 分为 两 个阶段 , 在每 个阶段 内对 占空 比进 行 直接 设置 , 开 关处 于一 直导通 或 一 使 直关 断的状 态, 通过 计算 两 个阶段 转折 点 的输 出电压 并 与 采样 电压 比 较 以 决 定开 关的 状 态。 该控
( tt yL b rtr fP w rT a s sin E up n SaeKe a oaoyo o e rn miso q ime t& S s m e ui n e e h oo y, yt S c ry a d N w T c n lg e t
C o g igU i r t , h nnv s y C o g ig O 4 C i ei 4 a
p o e r n e o d c a g sdii e n o t t g s,i i e fwh c h wi h wa e ie t o r c du e u d rl a h n e wa vd d it wo sa e n et ro i h t e s t ss td r cl t h c y
c netr adg a cnrl e o bet et lat up t o aeoeso t n hr s stn m r o vr , iil o t t dojci s otu l g vr o a dso et et gt ef e t om h v oe vt h t i i o
中图 分 类 号 : M 6 、 T 4 15 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :0 7 4 9 20 ) 4 0 9 — 5 10 - 4 X(0 8 o — 3 1 0
Di ia o t o e h d f r i p o e e to g t lc n r lm t o o m r v m n fDC— DC o v r e c n e tr XU H i e g Z O ‘ u — e , S N P n - a— n , H U L ow i p U e gj u
h x r T e e pe me tr s ls s o t a h ub e t n c n r lmeho r p s d i h sp p rc n efc iey i i n e u t h w h tt e s s c i o to t d p o o e n t i a e a fe tv l m・ o
Ab t a t Ac o d ng t h h rc e it s f ̄e u n o d c a g s f lw— o tg g c re t s r c : c r i o t e c a a trs i o c q e tl a h n e o o v la e hih-u r n DC- DC
制 方 式在 负载 突 变时和计 算 开 关状 态 时间的 最优控 制 方 式有 同样 的 性 能 , 而算 法 的 实时计 算 量 却 大幅 降低 。 实验 结 果表 明分段 控 制 可 以有 效 改善 D C—D C变换 器的 动 态性 能。
关键 词 : 字控 制 ;分段 控 制 ;负载 变化 ;D - C 变换 器 数 CD
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第 1 2卷
第 4期
电 机 与 控 制 学 报
ELECTRI C M ACH I NES AND CONTROL
Vo .1 No 4 1 2 .
20 0 8年 7月
J l 0 8 uy 2 0
一
种 改 善 DC —DC 变 换 器 动 态 性 能 的 数 字 控 制 方 式
DC- DC o v re s p o o e o i r v h y a c p ro ma c n e o d c a g s Th r n in c n e rwa r p s d t mp o e t e d n mi e fr n e u d rl a h n e . t e ta se t
b n o f.Th u pu o tg n t r n o n s d du e n o a e t h a l o tg o e o ro e o t tv la e o u ni g p i twa e c d a d c mp rd wih t e s mp e v la e t