[发明专利]一种DC-DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源控制技术，具体地说是一种DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

当今世界进入电子信息时代，电力电子产业飞速发展，电源作为电子产业的基础，已成为一个重要的研究领域。DC-DC变换器又称开关电源，它可以将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，按照目前的习惯，开关电源专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源。其广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。开关电源不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。鉴于上述特性，DC-DC变换器目前受到越来越多的人重视，并提出了很多控制方法。

但现有技术的缺点是：现有的DC-DC变换器大多采用模拟电路控制，电路结构庞大，设备重，成本高，且模拟元件的稳定性不好。也有少数DC-DC变换器采用数字电路控制，往往选用DSP芯片，但是控制方法比较单一，要么仅仅采用PID控制，导致控制精度不高；要么仅仅采用模糊控制，导致控制时间较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种DC-DC变换器，采用单片机搭建的数字电路进行控制，克服模拟电路控制时存在的诸多缺点，同时采用前馈型电压控制与模糊控制相融合的方法，既保证了控制时间，又保证了控制精度，提高了设备的可靠性。

为达到上述目的，本所采用的技术方案如下：

一种DC-DC变换器，由开关管Q、二极管D、电感L、电容C、采样电阻R、单片机以及驱动电路组成，其中：开关管Q的一端为直流电源Ui的正极输入端，开关管Q的另一端连接在二极管D的负端上，该二极管D的正端为直流电源Ui的负极输入端，所述二极管D的负端还与电感L的一端连接，该电感L的另一端与电容C的一端相连，电容C的另一端与采样电阻R的一端连接，采样电阻R的另一端连接在二极管D的正端上，负载RL连接在电容C的一端与二极管D的正端之间，在单片机上连接有三路采样电路，第一采样电路用于采集采样电阻R上的电压值A₁，第二采样电路用于采集负载RL上的电压值A₂，第三采样电路用于采集直流电源Ui的输入电压值A₃，单片机的输出端P₁与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端连接在开关管Q的驱动端上，驱动电路接收单片机输出的PWM信号并控制开关管Q的工作状态。

利用单片机搭建而成的数字电路来代替普通模拟电路工作，控制开关管Q的工作状态，单片机通过采集采样电阻R上的电压值A₁、负载RL上的电压值A₂以及直流电源Ui的输入电压值A₃来判定电路中的各种参数是否发生变化，从而确定输出PWM信号的占空比，通过PWM信号驱动开关管Q，不同暂空比的PWM信号对应不同的开关状态，最终使得DC-DC变化器维持在理想的输出电压下。

结合上述电路结构，该DC-DC变换器的具体控制方法如下：

步骤一：单片机初始化，设定输出电压目标值Uo、PWM信号频率值f、PWM信号占空比值d以及模糊控制表；

所述模糊控制表中的变量由电压误差等级电压误差增量等级以及模糊控制量m组成；

步骤二：连接直流电源Ui和负载RL，单片机以时间间隔Δt周期性获取采样电阻R上的电压值A₁、负载RL上的电压值A₂以及直流电源Ui的输入电压值A₃；

步骤三：单片机计算输入电压微分值c、电容电流值I、以及输出电压误差值e，其中：

A₃为直流电源Ui当前时刻输入电压值，A′₃为直流电源Ui上一时刻的输入电压值，Δt为两时刻之间的时间间隔；

r为采样电阻R的电阻值，A₁为当前时刻采样电阻R的电压值；

e＝A₂-Uo，A₂为当前时刻负载RL上的电压值A₂，Uo为输出电压目标值；

步骤四：判定输入电压微分值c的范围；

如果c₁≤c≤c₂，则进入步骤五；

如果c＜c₁，则设置占空比d＝d+βd，返回步骤二；

如果c＞c₂，则设置占空比d＝d-βd，返回步骤二；