无电压传感器DC/DC源设计
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:321
王东兴 亓迎川
摘要：为了提高电源的抗扰动性，降低取样电路的复杂程度，本文依据降维观测器理论，提出了一种无输出电压传感器的dc/dc变换器的设计方法，并进行了仿真，证实了无电压传感器双环控制dc/dc电源设计的合理性．
关键词：dc/dc变换器；观测器；状态反馈；双环控制
dc/dc变换电路是重要的电源电路之一．供给dc/dc电路的供电电源常有波动，同时，用电负载也常有变化，在要求不高的场合可以直接使用，在要求较为严格的场合为保证电源在各种扰动下有优良的输出品质，需要对输入电压做扰动补偿、对输出负载电压进行反馈补偿．文献[1]基于观测器理论提出无电流传感器模型（scm）控制，改善了噪声带来的不确定性，提高了电源的动态响应范围．根据反馈理论，电流反馈可以改善内环路的动态性能，提高系统的抗干扰能力，而电压反馈则可改善输出电压品质．为提高dc/dc电源的输出电压品质，通常需要对输出电压隔离取样做反馈控制，因此如何迅速准确地获得电源输出电压的测量值，就成为决定dc/dc变换电路品质的重要因素．但是多数电压隔离检测元器件都存在温度漂移大、线性不理想、电路复杂、成本高等问题，文献[2]针对常用电压检测元件存在的问题，提出了运用降维观测器对输出电压进行估计．实际中，能否依照反馈量合理设计调节器是决定电源品质优劣的决定因素．针对反馈量的品质要求，本文基于文献[1]提出了无电压传感器dc/dc电源的设计方法，依据典型i型二阶系统的设计理论，分别对电流调节器和电压调节器进行设计，并利用文献[2]的结果不需要直接测量输出电压即可获得双环控制，从而提高了电源动静态品质．
1 dc/dc变换电路和降维观测器
dc/dc变换电路的结构框图如图1所示。
图1开环dc/dc变换电路的结构框图
取状态变量x1=uo1，x2=uo，x3=i，得
进而得出dc/dc变换器的降维观测器方程：
2 无电压传感器dc/dc电源设计
2.1 电源组成和工作原理
功率开关放大器和输出l-c滤波器是dc/dc电源的基本组成部分，无电压传感器dc/dc电源在此基础上，利用文献[2]的结果实现反馈，并增加电流调节器和电压调节器，如图2所示，提高电源的稳定性和动态响应特性．
在突加给定u*的起动过程中，电压调节器和电流调节器分别依次给出控制信号，整个起动过程分为3个阶段．第1阶段是电流上升阶段，突加给定电压，由于滤波电感和滤波电容的惯性作用，电压调节器处在饱和状态，电流i线性增加，直到设定的最大值imax，进入阶段2。阶段2是对电容恒流充电过程，此时输出电压uo呈线性增加，影响电流，电流调节器开始发挥作用，使电流调节器输出的调节信号按照电压uo的增长速率升高．阶段3是输出电压调节阶段，电压调节器退出饱和维持恒定的输出电压．
2.2 电流调节器和电压调节器的设计
调节过程表明，调节器的好坏是决定电源品质的关键，以下分别是电流调节器和电压调节器的设计方法．根据电源输出的实际要求设定电压反馈系数h=1/6，电流反馈系数f=1/30．假设duo/dt≈0，依据工程设计的近似原则，忽略uo对uo1的反馈作用，把该系统预定为典型ⅰ型二阶系统．鉴于本系统的实现目标是双环控制，设计时按照先内环后外环的原则依次进行．
首先考虑内环参数的选取．电流调节器的传递函数设为kpin.c(s)，由于duo/dt≈0且忽略uo对uo1的反馈作用，故得内环开环传递函数
其中电感l的电阻为r。为使内环成为预期的典型i型二阶系统，调节器的参数设置方法如下：
式中kp是调节器得比例系数，c(s)是比例-积分调节器的传递函数，k是被调节系统的放大倍数，t1、t2是被调节系统的惯性延迟系数．按照式（1），内环调节器的传递函数为
所以内环的闭环传递函数
用相同方法配置外环电压调节器，设gpout
关键词：dc/dc变换器；观测器；状态反馈；双环控制
dc/dc变换电路是重要的电源电路之一．供给dc/dc电路的供电电源常有波动，同时，用电负载也常有变化，在要求不高的场合可以直接使用，在要求较为严格的场合为保证电源在各种扰动下有优良的输出品质，需要对输入电压做扰动补偿、对输出负载电压进行反馈补偿．文献[1]基于观测器理论提出无电流传感器模型（scm）控制，改善了噪声带来的不确定性，提高了电源的动态响应范围．根据反馈理论，电流反馈可以改善内环路的动态性能，提高系统的抗干扰能力，而电压反馈则可改善输出电压品质．为提高dc/dc电源的输出电压品质，通常需要对输出电压隔离取样做反馈控制，因此如何迅速准确地获得电源输出电压的测量值，就成为决定dc/dc变换电路品质的重要因素．但是多数电压隔离检测元器件都存在温度漂移大、线性不理想、电路复杂、成本高等问题，文献[2]针对常用电压检测元件存在的问题，提出了运用降维观测器对输出电压进行估计．实际中，能否依照反馈量合理设计调节器是决定电源品质优劣的决定因素．针对反馈量的品质要求，本文基于文献[1]提出了无电压传感器dc/dc电源的设计方法，依据典型i型二阶系统的设计理论，分别对电流调节器和电压调节器进行设计，并利用文献[2]的结果不需要直接测量输出电压即可获得双环控制，从而提高了电源动静态品质．
1 dc/dc变换电路和降维观测器
dc/dc变换电路的结构框图如图1所示。
图1开环dc/dc变换电路的结构框图
取状态变量x1=uo1，x2=uo，x3=i，得
进而得出dc/dc变换器的降维观测器方程：
2 无电压传感器dc/dc电源设计
2.1 电源组成和工作原理
功率开关放大器和输出l-c滤波器是dc/dc电源的基本组成部分，无电压传感器dc/dc电源在此基础上，利用文献[2]的结果实现反馈，并增加电流调节器和电压调节器，如图2所示，提高电源的稳定性和动态响应特性．
在突加给定u*的起动过程中，电压调节器和电流调节器分别依次给出控制信号，整个起动过程分为3个阶段．第1阶段是电流上升阶段，突加给定电压，由于滤波电感和滤波电容的惯性作用，电压调节器处在饱和状态，电流i线性增加，直到设定的最大值imax，进入阶段2。阶段2是对电容恒流充电过程，此时输出电压uo呈线性增加，影响电流，电流调节器开始发挥作用，使电流调节器输出的调节信号按照电压uo的增长速率升高．阶段3是输出电压调节阶段，电压调节器退出饱和维持恒定的输出电压．
2.2 电流调节器和电压调节器的设计
调节过程表明，调节器的好坏是决定电源品质的关键，以下分别是电流调节器和电压调节器的设计方法．根据电源输出的实际要求设定电压反馈系数h=1/6，电流反馈系数f=1/30．假设duo/dt≈0，依据工程设计的近似原则，忽略uo对uo1的反馈作用，把该系统预定为典型ⅰ型二阶系统．鉴于本系统的实现目标是双环控制，设计时按照先内环后外环的原则依次进行．
首先考虑内环参数的选取．电流调节器的传递函数设为kpin.c(s)，由于duo/dt≈0且忽略uo对uo1的反馈作用，故得内环开环传递函数
其中电感l的电阻为r。为使内环成为预期的典型i型二阶系统，调节器的参数设置方法如下：
式中kp是调节器得比例系数，c(s)是比例-积分调节器的传递函数，k是被调节系统的放大倍数，t1、t2是被调节系统的惯性延迟系数．按照式（1），内环调节器的传递函数为
所以内环的闭环传递函数
用相同方法配置外环电压调节器，设gpout
王东兴 亓迎川
摘要：为了提高电源的抗扰动性，降低取样电路的复杂程度，本文依据降维观测器理论，提出了一种无输出电压传感器的dc/dc变换器的设计方法，并进行了仿真，证实了无电压传感器双环控制dc/dc电源设计的合理性．
关键词：dc/dc变换器；观测器；状态反馈；双环控制
dc/dc变换电路是重要的电源电路之一．供给dc/dc电路的供电电源常有波动，同时，用电负载也常有变化，在要求不高的场合可以直接使用，在要求较为严格的场合为保证电源在各种扰动下有优良的输出品质，需要对输入电压做扰动补偿、对输出负载电压进行反馈补偿．文献[1]基于观测器理论提出无电流传感器模型（scm）控制，改善了噪声带来的不确定性，提高了电源的动态响应范围．根据反馈理论，电流反馈可以改善内环路的动态性能，提高系统的抗干扰能力，而电压反馈则可改善输出电压品质．为提高dc/dc电源的输出电压品质，通常需要对输出电压隔离取样做反馈控制，因此如何迅速准确地获得电源输出电压的测量值，就成为决定dc/dc变换电路品质的重要因素．但是多数电压隔离检测元器件都存在温度漂移大、线性不理想、电路复杂、成本高等问题，文献[2]针对常用电压检测元件存在的问题，提出了运用降维观测器对输出电压进行估计．实际中，能否依照反馈量合理设计调节器是决定电源品质优劣的决定因素．针对反馈量的品质要求，本文基于文献[1]提出了无电压传感器dc/dc电源的设计方法，依据典型i型二阶系统的设计理论，分别对电流调节器和电压调节器进行设计，并利用文献[2]的结果不需要直接测量输出电压即可获得双环控制，从而提高了电源动静态品质．
1 dc/dc变换电路和降维观测器
dc/dc变换电路的结构框图如图1所示。
图1开环dc/dc变换电路的结构框图
取状态变量x1=uo1，x2=uo，x3=i，得
进而得出dc/dc变换器的降维观测器方程：
2 无电压传感器dc/dc电源设计
2.1 电源组成和工作原理
功率开关放大器和输出l-c滤波器是dc/dc电源的基本组成部分，无电压传感器dc/dc电源在此基础上，利用文献[2]的结果实现反馈，并增加电流调节器和电压调节器，如图2所示，提高电源的稳定性和动态响应特性．
在突加给定u*的起动过程中，电压调节器和电流调节器分别依次给出控制信号，整个起动过程分为3个阶段．第1阶段是电流上升阶段，突加给定电压，由于滤波电感和滤波电容的惯性作用，电压调节器处在饱和状态，电流i线性增加，直到设定的最大值imax，进入阶段2。阶段2是对电容恒流充电过程，此时输出电压uo呈线性增加，影响电流，电流调节器开始发挥作用，使电流调节器输出的调节信号按照电压uo的增长速率升高．阶段3是输出电压调节阶段，电压调节器退出饱和维持恒定的输出电压．
2.2 电流调节器和电压调节器的设计
调节过程表明，调节器的好坏是决定电源品质的关键，以下分别是电流调节器和电压调节器的设计方法．根据电源输出的实际要求设定电压反馈系数h=1/6，电流反馈系数f=1/30．假设duo/dt≈0，依据工程设计的近似原则，忽略uo对uo1的反馈作用，把该系统预定为典型ⅰ型二阶系统．鉴于本系统的实现目标是双环控制，设计时按照先内环后外环的原则依次进行．
首先考虑内环参数的选取．电流调节器的传递函数设为kpin.c(s)，由于duo/dt≈0且忽略uo对uo1的反馈作用，故得内环开环传递函数
其中电感l的电阻为r。为使内环成为预期的典型i型二阶系统，调节器的参数设置方法如下：
式中kp是调节器得比例系数，c(s)是比例-积分调节器的传递函数，k是被调节系统的放大倍数，t1、t2是被调节系统的惯性延迟系数．按照式（1），内环调节器的传递函数为
所以内环的闭环传递函数
用相同方法配置外环电压调节器，设gpout
关键词：dc/dc变换器；观测器；状态反馈；双环控制
dc/dc变换电路是重要的电源电路之一．供给dc/dc电路的供电电源常有波动，同时，用电负载也常有变化，在要求不高的场合可以直接使用，在要求较为严格的场合为保证电源在各种扰动下有优良的输出品质，需要对输入电压做扰动补偿、对输出负载电压进行反馈补偿．文献[1]基于观测器理论提出无电流传感器模型（scm）控制，改善了噪声带来的不确定性，提高了电源的动态响应范围．根据反馈理论，电流反馈可以改善内环路的动态性能，提高系统的抗干扰能力，而电压反馈则可改善输出电压品质．为提高dc/dc电源的输出电压品质，通常需要对输出电压隔离取样做反馈控制，因此如何迅速准确地获得电源输出电压的测量值，就成为决定dc/dc变换电路品质的重要因素．但是多数电压隔离检测元器件都存在温度漂移大、线性不理想、电路复杂、成本高等问题，文献[2]针对常用电压检测元件存在的问题，提出了运用降维观测器对输出电压进行估计．实际中，能否依照反馈量合理设计调节器是决定电源品质优劣的决定因素．针对反馈量的品质要求，本文基于文献[1]提出了无电压传感器dc/dc电源的设计方法，依据典型i型二阶系统的设计理论，分别对电流调节器和电压调节器进行设计，并利用文献[2]的结果不需要直接测量输出电压即可获得双环控制，从而提高了电源动静态品质．
1 dc/dc变换电路和降维观测器
dc/dc变换电路的结构框图如图1所示。
图1开环dc/dc变换电路的结构框图
取状态变量x1=uo1，x2=uo，x3=i，得
进而得出dc/dc变换器的降维观测器方程：
2 无电压传感器dc/dc电源设计
2.1 电源组成和工作原理
功率开关放大器和输出l-c滤波器是dc/dc电源的基本组成部分，无电压传感器dc/dc电源在此基础上，利用文献[2]的结果实现反馈，并增加电流调节器和电压调节器，如图2所示，提高电源的稳定性和动态响应特性．
在突加给定u*的起动过程中，电压调节器和电流调节器分别依次给出控制信号，整个起动过程分为3个阶段．第1阶段是电流上升阶段，突加给定电压，由于滤波电感和滤波电容的惯性作用，电压调节器处在饱和状态，电流i线性增加，直到设定的最大值imax，进入阶段2。阶段2是对电容恒流充电过程，此时输出电压uo呈线性增加，影响电流，电流调节器开始发挥作用，使电流调节器输出的调节信号按照电压uo的增长速率升高．阶段3是输出电压调节阶段，电压调节器退出饱和维持恒定的输出电压．
2.2 电流调节器和电压调节器的设计
调节过程表明，调节器的好坏是决定电源品质的关键，以下分别是电流调节器和电压调节器的设计方法．根据电源输出的实际要求设定电压反馈系数h=1/6，电流反馈系数f=1/30．假设duo/dt≈0，依据工程设计的近似原则，忽略uo对uo1的反馈作用，把该系统预定为典型ⅰ型二阶系统．鉴于本系统的实现目标是双环控制，设计时按照先内环后外环的原则依次进行．
首先考虑内环参数的选取．电流调节器的传递函数设为kpin.c(s)，由于duo/dt≈0且忽略uo对uo1的反馈作用，故得内环开环传递函数
其中电感l的电阻为r。为使内环成为预期的典型i型二阶系统，调节器的参数设置方法如下：
式中kp是调节器得比例系数，c(s)是比例-积分调节器的传递函数，k是被调节系统的放大倍数，t1、t2是被调节系统的惯性延迟系数．按照式（1），内环调节器的传递函数为
所以内环的闭环传递函数
用相同方法配置外环电压调节器，设gpout
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