[发明专利]一种采用数字滑模变结构控制的Buck型开关电源转换器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，具体是一种采用数字滑模变结构控制的Buck型开关电源转换器，用于要求稳定性强、对负载瞬态变化响应迅速的供电系统中。

背景技术

当今社会人们极大的享受着信息技术带来的便利，在便携式电子产品、发光二极管（Light Emitting Diode，LED）照明、汽车电子等信息技术领域都需要稳定的直流电源。直流稳压电源主要分为线性稳压器、电荷泵和开关电源转换器。线性稳压器，如低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO），提供的负载电流较小，且转换效率也较低；电荷泵提供的负载电流也一般；开关电源具有带负载能力强，转换效率高的特点，是一种高效节能电源。

开关电源既可以采用线性控制方法来实现，也可以采用非线性控制方法来实现。传统的比例-微分-积分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制算法作为一种典型的线性控制方法，由于结构简单、操作方便、成本低等优点得到了广泛的应用，但是，其对于负载电流的变化、动态响应能力有限，且控制精度和抗干扰能力一般。

滑模变结构控制算法由于其对于外界的干扰（如负载电流变化， 输入电压变化等）及内部参数的摄动[如降压变换器（Buck）转换电路的电感和电容随着使用时间的增加，其电特性值发生改变]具有很强的鲁棒性，其对于负载电流变化及电源内部参数变化具有快速的响应能力。因此，采用滑模变结构控制的Buck型开关电源能具有瞬态响应速度快和鲁棒性强的优点，尤其适用于要求负载暂态响应迅速的电源系统中。

为了在不同负载电流下，Buck型开关电源变换器具有很快的响应速度，需要对电路的工作状态有较强的监测能力。如果采用模拟控制的方法来实现此功能，需要复杂的监测电路。监测电路复杂程度的增加，需要付出的功耗、面积等代价也随之增大。而采用数字控制方法来实现系统的监测具有成本低的优点，只需要增加少量的逻辑和时序电路即可实现监测功能，并且可以根据应用的需求，灵活地对电源进行配置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用数字滑模变结构控制的Buck型开关电源转换器及数字滑模变结构控制器，其采用数字控制方法来实现滑模变结构控制器，并将其用于Buck变换电路，从而提供带负载能力强、负载瞬态响应快、鲁棒性好、监测管理能力强、转换效率高的直流稳压电源。

本发明提供的采用数字滑模变结构控制的Buck型开关电源转换器，包括：

一Buck型转换模块，具有控制端、供电电压V_out输出端和反馈电压V_fed输出端；以及，

一数字滑模变结构控制器，其第一输入端REF接参考电压V_ref，第二输入端FED、输出端OUT分别连接所述转换模块的反馈电压V_fed输出端和控制端；用于将所述参考电压V_ref和所述转换模块提供的反馈电压V_fed分别转换成参考时钟信号f_ref和反馈时钟信号f_fed , 根据所述参考电压V_ref、反馈电压V_fed、参考时钟信号f_ref和反馈时钟信号f_fed分析测定所述转换模块的运行状态信号，进而通过数字滑模变结构控制程序输出相应的控制信号u对所述转换模块进行控制。

其中，所述数字滑模变结构控制器主要包括第一电压—频率转换模块、第二电压-频率转换模块、频率求差模块、电压比较模块、状态监测模块和状态控制模块等。

第一电压-频率转换模块的输入端连接所述第一输入端REF，用于转换所述参考电压V_ref为参考时钟信号f_ref；第二电压-频率转换模块的输入端连接所述第二输入端FED，用于将所述反馈电压V_fed转换为反馈时钟信号f_fed；电压—频率转换电路模块，需要实现线性度较好的电压与频率对应关系。

频率求差模块的两输入端分别连接所述第一、二电压-频率转换模块的输出端，用于对输入的所述参考时钟信号f_ref和所述反馈时钟信号f_fed求差输出两者的频率差的绝对值fsub。