[发明专利]一种用于非反相Buck-Boost变换器的统一模式控制方法

摘要

本发明提供了一种用于非反相Buck‑Boost变换器(Non‑inverting Buck‑Boost converter,NIBB)的统一模式控制方法，通过建立NIBB的平均模型和统一模式控制模型，在统一模式控制下，输入控制量为等效占空比d，通过Buck模式、扩展Buck模式、扩展Boost模式以及Boost模式最终计算占空比。本发明控制器工作模式完全由等效占空比决定，与离散模式控制相比，不需要额外的输入电压传感器，从而降低系统成本；本发明实现暂态下变换器各工作模式的灵活切换，降低控制器输出建立时间与恢复时间，减小输出电压偏差，提升系统动态性能；与同步控制相比，减少每周期发生动作开关的数量，降低总体的开关动态损耗，提升DC‑DC变换器转换效率。

主权项

1.一种用于非反相Buck‑Boost变换器的统一模式控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：建立NIBB的平均值模型：其中L、C、R分别NIBB变换器的电感、电流与电阻型负载，vi、vo分别是NIBB的输入电压与输出电压，iL是NIBB的电感电流，iload是电流源型负载，d1、d2分别是S1、S2的占空比，根据式(1)令微分项为零，得稳态变压比如下：其中D1、D2分别是S1和S2的稳态占空比；步骤S2：建立NIBB的线性变参数模型，将电压偏差值的积分列入系统状态变量，其中系统状态变量x为：其中联立式(1)，(3)，NIBB的模型表达为：其中令参考电压Vref为常量，取负载电流iload为扰动项，即w＝[iload]；步骤S3：确定NIBB的工作模式，定义等效占空比d为统一模式控制下的唯一输入控制量，建立统一模式控制的NIBB的线性变参数模型；使用等效占空比作为唯一的控制变量，取代开关S1、S2分别的占空比d1、d2这两个控制变量，其中等效占空比d的分段线性关系的定义为：其中Dmax、DBuck、DBoost是小于1的常数，典型的取值为Dmax＝0.9，Dboost＝Dbuc＝0.75。系数Ki与模式切换边界Di的关系为：联立式(3)～(6)，可得全运行范围的NIBB统一表达为：其中可变参数D2x、vx、ix随不同模式和工作条件而变，这几个可变参量在Buck模式、扩展Buck模式、扩展Boost模式以及Boost模式下的值分别由式(8)，(9)，(10)给出：由式(8)可知，D2x取值在Buck模式与扩展Buck模式下是固定的，在扩展Boost模式与Boost模式下则分别与D2及D3相关，每个可变参量在确定的区域内取值；对等效占空比取值进行定义：对于vx，由于NIBB既工作在升压模式又工作在降压模式，即：VImin＜Vo＜VImax    (11)选定K1＝K2＝‑K3＝‑K4＝K    (12)则vx和ix的值由如下区间所决定：vx∈[KVImin,KVImax]    (13)ix∈[KILmin,KILmax]    (14)这里选取K为0.1，由于NIBB模型中参数K的存在以Bd·d乘积形式出现，不同的K值可通过线性控制器的系数进行补偿，因此K数值选取对变量变化区域无影响；D2x取值在Buck模式与扩展Buck模式下是固定的，在扩展Boost模式与Boost模式下则分别与D2及D3相关，扩展Boost模式与Boost模式下D2x的值不能同时在区间[Dmax,1]内，令扩展Boost模式下的D2x为：联立(12)～(15)，可求得D1‑D4的值。步骤S4：运用线性矩阵不等式方法，对统一模式各工作模式下变换器的控制策略进行设计，设计控制策略时需要考虑的线性矩阵不等式约束条件为：李雅普诺夫稳定性条件、鲁棒性条件以及零极点配置条件。