[发明专利]一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法

说明书

本发明公开了一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，属于DC‑DC Boost变换器控制技术领域。所述方法通过建立切换控制系统的状态空间切换模型，引入切换Luenberger观测器，通过采样系统的输出电压对系统状态进行观测，利用观测状态设计切换判断函数，通过驱动电路将切换信号作用于MOSFET管，从而实现Boost变换器的输出反馈切换控制方法。本申请方法能够改善系统的动态特性，实现更加灵活的控制目标，输出反馈的引入降低了系统的控制成本，仅通过输出电压的采样即可实现系统的控制目标。

技术领域

本发明涉及一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，属于DC-DC Boost变换器控制技术领域。

背景技术

Boost变换器是一类典型的DC-DC变换器，用于转变输入电压并有效输出固定电压，作为可变直流电源，在工业现场有非常多的应用。传统的DC-DC变换器控制策略基于小信号模型的脉宽调制(PWM)法，通过固定的开关频率实现输出电压的稳态控制，但是小信号模型是系统在工作点的近似线性模型，因此基于小信号模型的控制方法只能保证系统在工作点的稳态输出，而无法保证系统从初始点到工作点之间的动态特性。而如果系统从初始点到工作点之间的动态特性无法保证，则可能导致系统到达稳态的时间有延迟，或者出现超调现象，而这些后果会导致器件损伤，降低器件使用寿命。

为改善系统的动态特性，实现更加灵活的控制目标，同时减少超调和延迟现象，基于大信号模型的控制方法被应用于DC-DC变换器的控制当中，例如变结构控制、状态轨迹控制等。但是这些基于大信号模型的控制方法需要采集系统全状态的信息，包括系统中的电流、电压值，增加了系统的控制成本，增加了控制系统的信息冗余。

因此，本申请提出一种新的Boost变换器切换控制方法。

发明内容

为了在不增加系统控制成本的基础上改善系统的动态特性，本发明提供了一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，所述方法基于切换控制系统实现，所述切换控制系统包括：输出电压采集器件、Luenberger观测器、切换判断器和驱动电路；

所述输出电压采集器件用于采集Boost变换器的输出电压v_C；所述Luenberger观测器用于根据输出电压v_C观测Boost变换器状态；所述切换判断器用于根据Luenberger观测器观测到的Boost变换器状态、并根据输入的期望输出电压v_ref确定切换信号的状态；所述驱动电路用于根据切换信号控制Boost变换器中MOSFET管的开通与关断以实现对于Boost变换器的输出控制。

可选的，所述切换信号的状态由时变函数σ确定：

其中，正定对称矩阵P为切换控制器增益；x_ref为Boost变换器的期望状态；为观测状态；A_i和B_i表示Boost变换器的系统参数矩阵。

可选的，所述输出电压采集器件采用运放芯片LM358实现对于Boost变换器的输出电压v_C的采集。

可选的，所述系统采用STM32F103C8Tx单片机实现Luenberger观测器及切换判断器的功能。

可选的，所述系统内部的数据传输通过USB转串口芯片CH340实现。

本申请还提供一种基于输出反馈的Boost变换器的切换控制方法，所述切换控制方法基于上述切换控制系统实现，所述方法包括：

步骤S1，建立切换控制系统的状态空间切换模型：