[发明专利]一种Boost变换器及其无差拍控制方法、开关电源

说明书

本发明公开了一种Boost变换器及其无差拍控制方法、开关电源，该Boost变换器包括：Boost变换器本体；所述Boost变换器本体，包括：电感和电容；其中，在所述Boost变换器本体中，所述电感采用分数阶电感，所述电容采用整数阶电容；所述Boost变换器本体的控制器为双闭环控制器；所述双闭环控制器，包括：外环控制器和内环控制器；所述外环控制器采用分数阶PI控制器，所述内环控制器采用无差拍控制器。该方案，通过采用分数阶电感、以及无差拍控制和分数阶PI控制，以提升Boost变换器的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种Boost变换器及其无差拍控制方法、以及具有该Boost变换器的开关电源，尤其涉及一种分数阶Boost变换器及其无差拍控制方法、以及具有该分数阶Boost变换器的开关电源。

背景技术

相关方案中，对电感和电容数学建模的研究结果表明：电感和电容本质上都是分数阶的，整数阶的电感和电容在实际中并不存在，基于分数阶微积分理论建立的电感和电容模型更能反映其电特性，以往用来描述电感和电容电特性的整数阶模型是不够准确的甚至可能是错误的。然而，电感和电容又是开关功率变换器电路中不可或缺的电子器件。以往对开关功率变换器的模型研究都是建立在电感和电容是整数阶基础上的，显然这与其分数阶的本质是相违背的，是不科学的，这不能准确的反映开关功率变换器的动力学特性甚至可能会得出错误的结论。因此，对分数阶模型的研究是一项具有重要理论意义和实际应用价值的课题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种Boost变换器及其无差拍控制方法、开关电源，以解决Boost变换器的电感是整数阶电感，影响了Boost变换器的可靠性和稳定性的问题，达到通过采用分数阶电感、以及无差拍控制和分数阶PI控制，以提升Boost变换器的可靠性和稳定性的效果。

本发明提供一种Boost变换器，包括：Boost变换器本体；所述Boost变换器本体，包括：电感和电容；其中，在所述Boost变换器本体中，所述电感采用分数阶电感，所述电容采用整数阶电容；所述Boost变换器本体的控制器为双闭环控制器；所述双闭环控制器，包括：外环控制器和内环控制器；所述外环控制器采用分数阶PI控制器，所述内环控制器采用无差拍控制器。

在一些实施方式中，所述Boost变换器本体，还包括：二极管和开关管；其中，在所述Boost变换器本体中，输入电源的正极，经所述分数阶电感后连接至所述二极管的阳极，所述二极管的阴极经所述分数阶电容后连接至所述输入电源的负极；所述开关管的基极，连接至所述无差拍控制器；所述开关管的集电极，连接至所述二极管的阳极；所述开关管的发射极，连接至所述输入电源的负极；所述二极管的阴极，连接至所述分数阶PI控制器。

在一些实施方式中，所述分数阶电感的阶数为α，且0α1；所述分数阶PI控制器的控制方式是k_p+k_i/s^α；k_p是比例系数，k_i是积分系数，s是分数阶微分算子。

在一些实施方式中，所述分数阶电感，包括：n个分数阶电感单元，n为正整数；每个所述分数阶电感单元，包括：电阻模块和电感模块，所述电感模块和所述电感模块并联设置；其中，在n≥2的情况下，n个所述分数阶电感单元串联设置。

在一些实施方式中，所述双闭环控制器，还包括：PWM调制单元；所述分数阶PI控制器，被配置为基于所述Boost变换器本体的输出电压与所述参考电压的差值进行PI处理，得到参考电流；所述无差拍控制器，被配置为基于所述Boost变换器本体的电感电流与所述参考电流的差值进行无差拍处理，得到占空比；所述PWM调制单元，被配置为基于所述占空比，输出PWM信号，以控制所述开关管。