专利名称一种适用于电压反馈型DC-DC变换器的反馈电路

专利名称：一种适用于电压反馈型DC-DC变换器的反馈电路摘要：本文发明了一种适用于电压反馈型DC-DC变换器的反馈回路，在传统的电压反馈回路中加入信号比较和切换选择模块，通过采用这种混沌控制，可以明显增强变换器系统的稳定性。DC-DC变换器比较单元信号比较、切换选择单元逻辑单元斜坡补偿VREFVOUT导通时间控制单元Vin图1，加入信号比较、切换选择单元的电压反馈型DC-DC变换器技术领域本发明提供了一种加入比较、切换模块来增强变换器系统稳定性的反馈回路。技术背景开关电源在电力电子电路中是一种典型的非线性动力学系统。同时由于系统中功率开关管的高频导通和关断，使得其中存在着丰富的分岔、混沌等非线性现象，而这些非线性现象将影响DC-DC变换器的整体性能。实际工程当中，应当尽量避免这些分岔、混沌现象的发生。近年来,非线性系统理论在电路与系统研究中的广泛应用,为非线性电路的研究提出了新的科学问题,快速的促进了非线性电路理论的发展.由于一切实际存在的电路系统都具有非线性特性,所以采用非线性电路的分析方法对电路进行分析,解决一些长期困扰电子工程师的问题,具有重要的理论意义和实用价值.电力电子电路中的开关变换器是非线性变结构控制系统,功率开关管的导通或关断使系统在不同的结构中周期性地切换,这样导致开关变换器具有复杂的非线性行为,例如倍周期分岔、Hopf分岔、Flip分岔、边界碰撞分岔等多种通向混沌的分岔道路,次谐波振荡,降频和低频波动现象等等。电压型控制反馈模式是开关电源变换器中的一种典型反馈方式。电压控制型反馈只有一个控制环，因而设计和分析相对简单，并且由于锯齿波的幅值较大，因而抗干扰能力较强。王文建发明专利《用于开关电源的斜坡补偿电路》中提到电压反馈型开关电源的斜坡补偿方法，并且能达到提高系统稳定性的目的，但是没有从加入选择切换模块从混沌控制的角度提高系统稳定性。包伯成、许建平在《具有两个边界的变换器分岔行为和斜坡补偿的镇定控制》中提到，在开关电路中，0和1是占空比的边界，随着参数变化时，占空比会接近0或1，这会引起边界碰撞而产生大量的非线性现象。本发明在占空比靠近0或1时，通过切换选择模块将占空比人为地偏离0和1，这就从根本上杜绝了边界碰撞的产生，从而避免了非线性现象的产生。本发明的在电压型控制反馈模式的基础上加入比较器和切换选择模块，目的在于减小变换器系统中的非线性现象，使得变换器系统更加稳定。发明内容在电压型控制反馈回路中加入比较器和切换选择模块。加法器输出VS输入比较器正，和固定信号Vlimit比较，若输出为1，则控制切换选择模块，选择VS做为输出给VCON；若输出为0，则控制切换选择模块，选择VD做为输出给VCON。通过李雅普若夫指数和分岔图看出，本发明能有效地减小混沌态，使系统更多的处于稳定、分岔状态，从而增强系统的稳定性。具体实施方案：比较器输入由加法器输出VS和固定信号Vlimit提供。当VS大于Vlimit时，比较器输出为1；当VS小于Vlimit时，比较器输出为0。比较器输出来控制切换选择模块来选择VCON为VD或者VS。VCON再和锯齿波比较产生一定序列的占空比信号。当占空比信号的值接近0时，VS的值小于Vlimit，比较器输出Vres从1变为0，切换选择由VS输入变为VD输入，使得占空比信号的值从VS输入的值变为VD输入的值。选择切换模块的目的在于人为的将占空比信号的值拉离0，从而避免边界碰撞产生的大量非线性现象。在电压反馈型BUCK电路中，以反馈回路中的放大增益K为分岔参数，可以看到加入比较器和切换选择模块前后系统分岔图和李雅普洛夫指数图。如图3所示。根据分岔图可以看出输出电压在不同放大增益K时对应的值的个数，对应的值只有一个时表明系统处于稳定状态，对应的值不只一个时表明系统处于分岔或混沌的不稳定状态。李雅普洛夫指数可以明确的看出系统所处的状态。若李雅普若夫指数小于0时，系统处于周期态；若李雅普若夫指数等于0时，系统处于分岔点；若李雅普若夫指数大于0时，系统处于混沌态。可以根据李雅普若夫指数的值来确定系统稳定状态的范围。附图说明VrefCOMPEAkVlimitCOMPVrampVconVresVsVDSwitchV0DC-DC比较和切换模块图2在传统的电压反馈型DC-DC变换器中加入比较和切换模块VrefCOMPRCLEQDEAkVlimitCOMPVrampVconVresVsVDSwitchV0图3电压反馈BUCK电路（典型的DC-DC变换器）中加入比较器及切换模块后输出电压VC随增大倍数K变化的分岔图以及VC相对应的李雅普若夫指数