[发明专利]一种用于大功率开关电容变换器变频单周期控制方法

说明书

本发明公开了一种用于大功率开关电容变换器变频单周期控制方法，能实现对大功率的双开关升压开关电容变换器的控制，在这种控制方法中，开关管S₁的导通时间t_on是固定的，开关管S₁的单周期时间T_S是变化的，双开关升压开关电容变换器的输入电压V_in、单周期时间[T_S＝t_on+t_off]和输出电压V_o都包含在核心控制算法中，能通过改变开关频率来瞬时抑制输入电压V_in和输出负载中的外界干扰；另外，可通过设置小于开关电容充电回路固定时间常数τ的开关管S₁的导通时间t_on来避免不同控制信号之间的重叠，因为可复位积分器的作用，当前的周期的状态量和历史周期的状态量无关，从而可实现快速的动态响应。

技术领域

本发明属于非线性控制方法技术领域，具体涉及一种用于大功率开关电容变换器变频单周期控制方法。

背景技术

开关电容变换器是开关电源的一个重要分支，其电路仅由电容和开关管组成，与传统的感性电源变换器相比，具有质量轻、体积小、高电量密度和较小EMI等优点。相较于感性开关电源变换器其集成更容易实现，现已被广泛的用作为LED照明系统、平板电脑、手机、电动汽车、太阳能发电系统和医学可植入设备等的供电电源。但是，限制开关电容变换器得到更广泛应用甚至取代传统感性开关变换器的一个重要因素是其控制方法的局限性。

对于大功率开关电容变换器，由于其比较大的输入电流尖峰和各个元器件高的电压和电流应力，其输出电压的调制将会更加困难。目前，对于大功率开关电容变换器研究主要集中在电路拓扑结构的研究。但是，相关控制方法的研究却没有得到足够的重视，其对于开关电容变换器的输出电压精度具有很大影响。在过去，为了获得高的能量转换效率和低的成本，开关电容变换器通常使用最简单的开环控制方法。

开关电容变换器的输出电压是固定的，仅由其本身的拓扑结构决定输出电压增益。开环控制方法所控制的开关电容变换器成本较低且易于实现。在开关电容变换器的充电回路和放电回路中加入感性元器件可使传统的开关电容变换器变成谐振式的开关电容变换器即谐振式开关电容变换器。引入感性元器件是为了能够应用软开关技术来减小充电电流的尖峰和提高开关电容变换器的能量转换效率。谐振式开关电容变换器的控制将会很困难。根据能量守恒瞬时计算模型和电流应力估计，结合固定频率的PI控制方法，双开关升压开关电容变换器获得了对输出电压的调制。但是，其输出电压调制精度还不够高，对外界干扰的动态响应速度较慢。若采用非线性的变频控制方法，其将会获得更好的调制效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大功率开关电容变换器变频单周期控制方法，能提高大功率开关电容变换器的动态响应速度，其所控制的大功率开关电容变换器具有很好的线性和负载调制效果。

本发明所采用的技术方案是，一种用于大功率开关电容变换器变频单周期控制方法，具体按照以下方法实施：

基于电容充电和放电的实时安秒平衡法则，在一个周期T_s＝t_on+t_off内，电容C_1b的充电电量和放电电量守恒，其表达式如下：

Q_charge+Q_discharge＝I_ch(tt_on+I_o(t(t_on+t_off (1)；

式(1)中：I_ch(t)是电容C_1b的实时充电电流，I_o(t)是是开关电容变换器的实时输出电流，t_on和t_off分别是电容C_1b的充电时间和放电时间；