[发明专利]宽负载范围非最小相位开关Boost变换器参数优化方法

说明书

本发明提供宽负载范围非最小相位开关Boost变换器参数优化方法，其步骤包括：基于负调电压暂态数学模型，对宽负载范围负调电压峰值时间和电路参数包括负载电阻、电感和电容之间的关系进行了深入分析，提出了参数优化设计的步骤，计算不同参数情况下负调电压峰值时间t_p的数值，并与系统设定的负调电压峰值时间t_p,sd进行比较，若不满足要求则继续进行优化设计，直至符合要求。并最后利用仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和合理性。本发明可以有效地抑制负调电压，从而提高系统的暂态响应速度，该参数优化方法，同样适用其他非最小相位宽负载范围开关DC‑DC变换器，该方法简单，具有较高的工程应用价值。

技术领域

本发明属于Boost变换器参数优化方法技术领域，具体涉及宽负载范围非最小相位开关Boost变换器参数优化方法。

背景技术

随着能源危机的日益突出，光伏和燃料电池等新能源技术已成为当今的研究热点。在这些系统中，需要能在宽负载范围内且具有良好暂态和稳态性能的升压型Boost变换器，而这些变换器的控制变量到输出电压的暂态数学模型含有一个或多个右半平面的零点(RHPZ)，称之为非最小相位系统。RHPZ的存在会导致变换器占空比发生突变时输出电压出现负调电压现象，负调现象会导致系统暂态过渡时间延长，且在负调电压持续时间阶段内系统容易形成正反馈而出现不稳定现象。因此有众多的科技工作者在坚持不懈地探索提高非最小相位开关Boost变换器暂态性能的方法。

目前国内外学者对非最小相位开关Boost变换器的研究，主要包括电路拓扑改进，控制策略优化设计，以上这些方法在一定程度上改善了含有RHPZ变换器的暂态性能，但是这些方法较复杂。分析非最小相位开关Boost变换器的暂态数学模型可知，RHPZ与变换器参数有关，因此可探索通过对非最小相位开关Boost变换器的参数合理设计来抑制负调电压从而提高暂态性能。然而，目前关于从变换器参数优化设计角度改善非最小相位开关Boost变换器的暂态性能的现有技术较少，尤其是变换器工作在宽负载范围内如何进行参数设计还缺乏相应的理论依据，因此，迫切需要研究宽负载范围内变换器的参数设计，以便指导非最小相位开关Boost变换器产品的开发与研制。

Boost变换器是一个典型的非最小相位开关变换器，且其电路拓扑简单，驱动电路设计容易等优点在新能源等系统中得到了广泛的应用。已有的技术对非最小相位Boost变换器的参数优化设计进行了研究。如对Boost变换器负调电压产生的机理及负调电压抑制的参数设计方法进行了研究，和给出了一定输入电压和负载电阻动态范围内Boost变换器参数设计方法和原则。但是均未充分考虑到电感、电容和负载电阻对非最小相位开关Boost变换器暂态性能的影响，因此无法指导宽负载范围非最小相位开关Boost变换器的参数设计。宽负载范围Boost变换器如果全动态范围设计为电感电流连续模式(CCM)时，需要的电感量太大，而导致系统暂态性能很差，同时系统出现严重的负调现象而导致系统不稳定；如果全动态范围工作在电感电流断续模式(DCM)时，需要的电感量较小，可以提高系统暂态响应速度，但由于非最小相位Boost变换器电路拓扑特殊性，电感太小，发生输入电源直通的可能性增大，电感峰值电流很大，开关管电压应力非常大，系统的纹波电压非常大。因此对工作在宽负载范围的非最小相位Boost变换器而言，全动态范围既不能工作在CCM，也不能工作在DCM。究竟如何设计参数来提高系统暂态性能是宽负载范围非最小相位Boost变换器参数设计的关键。

发明内容

本发明提供宽负载范围非最小相位开关Boost变换器参数优化方法，以便指导非最小相位开关Boost变换器产品的开发与研制。

本发明的技术方案是：宽负载范围非最小相位开关Boost变换器参数优化方法，包括以下步骤：

步骤一：建立工作在电感电流连续模式(CCM)的Boost变换器控制变量到输出电压的暂态数学模型：