[发明专利]一种BUCK变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法

说明书

一种BUCK变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法，包括：直流电源、BUCK变换器、功率负载、参考电压模块、功率开关、加法器、减法器、微分器、指数电路、第一滞环比较器、第二滞环比较器和比例运算放大器；第二滞环比较器根据滑模面函数S计算值来决定高低电平输出：当S小于‑h时，第二滞环比较器输出高电平，BUCK变换器中的功率开关导通；当S大于h时，第二滞环比较器输出低电平，BUCK变换器中的功率开关关断。本发明所产生的有益效果是：本发明BUCK直流变换器硬件控制电路结构简单，避免了控制器的使用与复杂编程，在提升系统可靠性的同时增加系统的经济性。

技术领域

本发明属于直流变换器控制领域，涉及一种BUCK变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法。

背景技术

随着电子技术和计算机技术的发展，各种集成电路负载对DC-DC变换器供电模块的负载瞬态响应和稳态精度要求越来越高。负载突变将引起DC-DC变换器输出电压大幅波动，严重影响负载的工作品质，甚至导致负载无法正常工作，造成无可挽回的经济损失。另外输出电压大范围快速变化的燃料电池、太阳能电池等电源设备的输出不能直接满足负载要求的直流电压。因此，DC-DC变换器有着广阔的应用领域和良好的应用前景。

DC-DC变换器本质上是一个非线性时变系统，传统的线性控制器难以实现快速瞬态响应速度，需要采用非线性控制技术克服线性控制技术的不足。滑模控制以稳定性强、鲁棒性强、动态响应快速和执行简单等优点受到极大关注，但是目前为止，大多数滑模控制采用线性滑模面，系统对输出电压变化的瞬态响应不佳，不能在有限时间内达到收敛。为解决收敛问题，终端滑模控制采用的非线性滑模面函数有效缩短了收敛时间，但其面临的奇异问题需要另行设计新的滑模面进行克服。

非奇异终端滑模控制策略可有效克服奇异问题带来的不利影响，但是其策略实现需要借助电压采集模块以及电流采集模块进行电压、电流采集，另外在对采集的信息处理后，不可避免的要以复杂编程的形式通过ARM控制器实现控制策略，这种通过软硬件结合实现控制策略的方式不仅需要进行繁琐的编程工作，而且硬件成本也会大大增加。目前还没有非奇异终端滑模策略能够实现纯硬件电路控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种BUCK变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法，并以纯硬件电路实现BUCK变换器的非奇异终端滑模控制。本发明的非奇异终端滑模硬件控制电路不仅能有效保证BUCK变换器的瞬态响应和稳态精度，还避免了电压、电流采集模块以及控制器的使用，在降低控制复杂性的同时，有效提高控制系统的经济性和可靠性。

为实现上述功能，本发明提供的技术方案是：

一种BUCK变换器的非奇异终端滑模硬件电路，包括：直流电源、BUCK变换器、功率负载R、参考电压模块、功率开关SW1、加法器、减法器、微分器、指数电路、第一滞环比较器A、第二滞环比较器B和比例运算放大器；所述的直流电源输出端连接BUCK变换器第一接口，直流电源输入端连接BUCK变换器第三接口，BUCK变换器第二接口和第四接口分别连接功率负载R的输入端和输出端；功率负载R的输入端分别连接微分器输入端和减法器反相输入端；参考电压模块连接减法器同相输入端，减法器输出端连接加法器输入端；微分器输出端连接第一滞环比较器A的输入端和功率开关SW1的漏极，功率开关SW1的源极连接指数电路输入端，第一滞环比较器A的输出端连接功率开关SW1的栅极；指数电路输出端连接比例运算放大器输入端，比例运算放大器输出端连接加法器输入端；加法器输出端连接第二滞环比较器B的输入端，第二滞环比较器B的输出端连接BUCK变换器第五接口。

所述的BUCK变换器由功率开关SW2、电感L、二极管D和电容C组成，功率开关SW2的漏极连接BUCK变换器第一接口，源极连接电感L和二极管D一端，电感L两端分别连接功率开关SW2源极、BUCK变换器第二接口，二极管D两端分别连接功率开关SW2源极、BUCK变换器第三接口，电容C两端分别连接第二、第四接口。