[发明专利]数字峰值电流模式控制方法、系统及扩展脉宽调制方法

说明书

本发明公开了数字峰值电流模式控制方法、系统及扩展脉宽调制方法，属于电力电子技术领域。本发明的数字峰值电流模式控制方法，用于控制升压变换器，所述升压变换器包括功率级，所述功率级包括开关管S和电感，所述控制方法包括：步骤S1、对所述电感上的电流采样；步骤S2、在每个开关周期的低电平时间内，根据采样电流计算占空比；步骤S3、对所述占空比进行脉宽调制，产生脉冲信号；步骤S4、用所述脉冲信号控制所述开关管S的导通和断开，进而调控所述电感的峰值电流。本发明的控制方法中，电流跟踪延迟为一个开关周期，相比现有技术，减小了CTD的时间，提升了DC‑DC转换器的系统响应速度及瞬态性能。

技术领域

本发明属于电力电子技术、集成电路设计技术领域，更具体地，涉及数字峰值电流模式控制方法、系统及扩展脉宽调制方法。

背景技术

近年来，数字峰值电流模式(DPCM)控制策略由于一系列的优点而被广泛应用于功率变换器中。然而，由于抽样和计算时间所造成的固有延迟，它们存在带宽受限的问题。结合电流预测算法，预测DPCM控制是一种提高电流环路带宽的有效方法，在电流采样频率有限的情况下，在下一个采样点之前预测出电流，从而最大限度地减小电流采样的延迟。

电流跟踪延迟(CTD)，是指从DPCM控制器的参考电流到电感实际电流的延时，这是由电流采样和数字控制算法的计算引起的，是必然存在于系统中的。当控制器带宽较低时，CTD对系统稳定性的影响较小，因此可以忽略CTD。然而，对于需要高带宽动态响应的应用来说，这种影响就变得很明显，在系统小信号模型和控制器设计中需要去考虑它。

对于工作在连续电流模式下的DC-DC转换器，现有的数字峰值电流模式控制方法中，包括线性外推、状态电流预测等，这些方法均产生了较长的电流跟踪延迟(CTD)，线性外推法的CTD为4个开关周期，状态电流预测法的CTD为2个开关周期。较长的开关周期会降低DC-DC转换器的系统响应速度，导致系统振荡，性能下降。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了数字峰值电流模式控制方法、系统及扩展脉宽调制方法，其目的在于减小电流跟踪延迟，提高升压变换器的系统响应速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数字峰值电流模式控制方法，用于控制升压变换器，所述升压变换器包括功率级，所述功率级包括开关管S和电感，所述控制方法包括：

步骤S1、对所述电感上的电流采样；

步骤S2、在每个开关周期的低电平时间内，根据采样电流计算占空比；

步骤S3、对所述占空比进行脉宽调制，产生脉冲信号；

步骤S4、用所述脉冲信号控制所述开关管S的导通和断开，进而调控所述电感的峰值电流。

进一步地，所述步骤S2包括：在每个开关周期起始的最小低电平时间t_min内，根据采样电流计算占空比d(k)；其中，所述最小低电平时间t_min＝(1-D_max)T，D_max为设定的最大占空比，T为开关周期，k表示当前时刻。

进一步地，所述步骤S2包括：

设定直接占空比D_dir(k)，在所述直接占空比的低电平时间内，根据采样电流计算扩展占空比d_ex(k)，所述直接占空比及扩展占空比的和为实际占空比；其中，所述直接占空比用于限定稳态下的输出电压等于参考电压，所述扩展占空比用于峰值电流跟踪，k表示当前时刻；

所述步骤S3包括：在每个开关周期内，产生随时间递减的斜坡信号，直至当前开关周期结束；将所述直接占空比D_dir(k)与所述斜坡信号比较，所述斜坡信号大于直接占空比D_dir(k)，输出低电平，所述斜坡信号小于直接占空比D_dir(k)，输出高电平。