[发明专利]一种Boost电路及其控制方法和控制器

说明书

本发明公开了一种Boost电路及其控制方法和控制器，属于电力电子领域。包括功率级电路、输出电压微分电路、电压采样电路和数字控制器。所述控制方法通过微分电路对Boost电路的输出电压进行信息转化，得到两个开关周期后的电压外推值。其中，利用电压外推值与输出电压参考值的差值及电容的电荷平衡算法，计算下一个开关周期中开关管的占空比，实现Boost电路的快速动态响应。本发明主要应用于工作于非连续导通模式的Boost电路，在保证基于电容的电荷平衡控制算法的优势下，显著提高了变换器的动态响应速度。本发明的应用可以提高电感电流断续时Boost电路的响应速度，还可同步应用于一些其他电力电子拓扑中。

技术领域

本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种Boost电路及其控制方法和控制器。

背景技术

Boost电路由于结构简单、效率高和成本低等特点在中小功率非隔离应用场合作为前级DC/DC变换器。在Boost电路中，一般包括功率级电路和控制电路。对于功率级电路，其拓扑如图1所示。控制电路用于控制功率级开关管的状态，以调节输出电压，使输出电压等于参考电压。控制电路需要根据输出电压的状态，反馈控制功率级开关管的通断。

现有的Boost电路(升压式变换电路)大多采用电压模和峰值电流模的控制方式。这些控制方式属于线性控制，而开关模式功率转换器是非线性系统，因此传统的线性控制方式通常会降低其性能。相比之下，非线性控制策略在改善系统稳定性和优化瞬态响应方面具备巨大的潜力。为实现最佳控制，许多有建设性的控制策略已经被提出。例如通过参数估计，采用带有电流平衡技术的自适应开关控制策略来解决由于负载变化引起的非线性问题；在平衡输出电容的电荷的基础上，采用时间最优控制策略来提高响应速度。基于电容电荷平衡的控制算法，通过估算负载电流，可以减小负载变化带来的非线性影响。但存在以下缺点：在负荷估算时存在的固有延迟，限制了负载环路带宽，并降低了负载瞬态响应。因此，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中存在的不足。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种Boost电路及其控制方法和控制器，其目的在于通过采用电压外推的方式解决基于电容的电荷平衡算法中在负荷估算时存在的固有延迟问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种Boost电路的控制方法，所述Boost电路工作于DCM模式，该方法包括以下步骤：

S1.获取当前开关周期内Boost电路中功率级电路的输出电压变化速率和当前开关周期开始时功率级电路的输出电压，采用外推法计算未对功率级电路中输出电容注入电荷时下个开关周期结束时功率级电路的输出电压；

S2.根据参考电压、输出电容和采用外推法得到的下个开关周期结束时功率级电路的输出电压，计算当前开关周期与下个开关周期期间输出电容共需注入总电荷Q_total＝C·(V_ref-V_ext)，与当前开关周期内对输出电容注入的电荷Q_ob做差值，得到下个开关周期内需要对输出电容注入的电荷Q_ref；

S3.根据下个开关周期内需要对输出电容注入的电荷Q_ref，计算下个开关周期功率级电路中开关管的占空比d[k+1]，计算公式如下：

S4.将d[k+1]与使Boost电路工作于DCM模式的最大占空比进行比较，确定下个开关周期开关管的最终占空比d＝min(d_max，d[k+1])；

S5.根据确定的占空比d产生相应的PWM信号，施加在功率级电路以控制开关管的通断；