[发明专利]双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法，属于电力电子变换器控制领域。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，各类电力电子装置在化工、通信等领域得到了广泛应用，这类变换器可以根据输入、输出电压之间大小关系进行划分，包括升压型(或称为Boost型)、降压型(或称为Buck型)和升-降压型。其中，升-降压变换器能够尽量缩小输入、输出电压之间的幅值差异，达到降低电压应力，提高系统效率的目的。

目前，在具有升-降压功能的单相变换器中，较为常见的是单管型，包括单管buck-boost变换器、Sepic，以及Cuk变换器等，但这些变换器的开关管电压、电流应力，以及变换器的效率等指标都不够理想。鉴于此，能够降低电压、电流应力，并提高系统效率的双管级联型升-降压变换器得到了国内外学者的关注，具体包括Buck-Boost架构和Boost-Buck架构两种，如图1所示。

图1所示的变换器都具有两个开关管，根据开关管工作模式，可以将控制方案分为两大类：

1)同步工作模式

此模式下，两个开关管同时工作在高频开关状态，具体实现形式包括两种：

a)双电压环、双电流环方案。以图1(b)所示变换器为例，它可视为具有级联结构的两级变换系统，为将输出电压稳定在给定值，可以先将前级Boost变换器输出电压，即C_link两端的电压v_clink稳定在一个较高的值上，再通过对后级Buck变换器的控制，将输出电压v_o稳定在给定值。控制示意图如图2所示，其中V_{ref_clink}、V_{ref_C}分别为中间级和输出级电压参考值。

b)单电压环、双电流环方案，如图3所示，其中i_{ref_L1}、i_{ref_L2}分别为输入电流和后级变换器电感电流参考值。内层电流控制器的输出作为调制波，与两路载波交截，并得到两个开关控制信号。

2)分时工作模式

该模式下，两个开关管不会同时工作在高频状态，控制回路可以根据输入、输出电压的大小关系，自动切换开关管的工作状态，确保变换器工作在boost模式，或者buck模式。具体实现方式有三种：

a)一路载波调制方案，如图4所示。该方案包括两个控制环，外层电压环，内层电流环，电压控制器的输出作为输入侧电感电流参考值。为得到两个开关管的控制信号，采用了两路调制波方案，即电流控制器的输出本身作为一路调制波，经叠加一载波幅值相等后得到第二路调制波，此二路调制波与同一路载波信号交截，最终得到两路控制信号，并且保证开关管不会同时工作在高频状态。

b)双载波调制方案，如图5所示。与图4所示一路载波方案相比，该方案也需要采样输出电压、输入电流，区别在于电流控制器的输出作为唯一的调制波，然后与两路具有不同直流偏置量的载波信号交截，产生两路控制信号。

c)升降压阶段不同电流控制法方案，如图6所示。该方案同样需要采样输出电压、输入电流，不同的是这里的控制方法是在比较变换器输入电压以及输出电压基础上完成控制，而且升压、降压阶段采用不同的电流控制方案：在输入电压小于输出电压时，降压变换器开关管恒导通，采用平均电流控制方案，得到升压变换器开关管的导通占空比；在输入电压大于或者等于输出电压时，升压变换器开关管恒关断，采用电荷控制方案，得到降压变换器开关管的导通占空比。

上述方案能将输出电压稳定在给定值，但还存在如下问题：

图2方案下，中间级电容电压必定高于输出电压，将增大开关管的电压应力；

图2、图3所示方案下，变换器的两个开关管始终工作在高频开关状态，将显著增加系统损耗；

图3方案为三个环路的控制方案，控制器的设计将较为困难；

图4、图5所示的方案下，升压和降压阶段都采用的是平均电流控制方案，平均电流控制对升压阶段的电流控制较为适合，但在降压阶段并非最佳选择；

图6所示的方案能改善升压、降压阶段的电流控制效果，有助于降低电感电流振荡和输出电压波动，但无法从根本上消除工作模式切换导致的电感电流振荡和输出电压波动。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法，采用双环控制架构，其中外环电压环采用PI控制，内环电流环采用MIT模型参考自适应控制(MITMRAC)，且采用相同的参考模型。