摘 要

Boost电路是常见的DC/DC功率变换器拓扑结构，在电动汽车、新能源、智能电网中广泛使用采用，其常用的控制策略有电流控制和电压控制模式。相对于电压控制模式，电流控制模式具有高鲁棒性和高响应速度的特点，在学术和工业应用两方面都具有河大的潜力。

本文首先对DC/DC转换器的Boost结构的原理和基本架构作了一个简单的介绍，然后便提出了无传感器预测电流模式的控制方案。接着导出了该转换器的小信号模型，发现电路中即使有PI控制器输出电压也会存在稳态误差。为了消除这种稳态误差，我们提出了自校正微分电流观测器的方案。将预测电流控制策略与电流观测器结合形成无传感器预测电流控制，并提出一种PCC算法来消除电流控制模式下一系列其他因素对电感电流的扰动。后面的对控制回路的分析与设计是结合这种算法来实现的，当然也包括了控制回路中最重要的PI控制器。接着利用Matlab/Simulink仿真软件搭建整个Boost型DC/DC转换器电路及其控制回路的模型，然后进行仿真和研究。最后，通过仿真所得到的结果来分析这种控制方案的可行性。

通过仿真结果可以看出，输出电压是存在一定的误差的，但是通过计算得知这种误差相当小。同时通过电流波形我们了解到采用PCC与电流观测器结合的方法能够很好的估计电感电流值。

关键词： 电流观测器 DC/DC转换器 电流模式 SPCC

Abstract

Boost circuit is a common DC/DC power converter topology,it is widely used in electric vehicles, new energy and smart power grid ,and the common control strategy is current control and voltage control mode . Compared with the voltage control mode, the current control mode has the characteristics of high robustness and high response speed, both in academic and industrial applications has great potential.

In this paper, we first introduce the principle and basic structure of the Boost converter's DC/DC structure, then the control scheme of sensorless predictive current mode is proposed. Then the small signal model of the converter is derived, and the steady-state error of the output voltage of the PI controller is found in the circuit. In order to eliminate the steady state error, we propose a scheme of self correcting differential current observer. The predictive current control strategy and the current observer are combined to form the sensorless predictive current control, and a PCC algorithm is proposed to eliminate the disturbance of the inductor current by a series of other factors in the current control mode. Behind the analysis and design of the control circuit is combined with the algorithm to achieve, of course, also includes the control loop of the most important PI controller. Then use Matlab/Simulink simulation software to build the entire DC/DC type Boost converter circuit and its control loop model, and then simulation and research. Finally, simulation results are obtained to analyze the feasibility of this control scheme.

It can be seen from the simulation results that there is a certain error in the output voltage, but the error is very small. At the same time, through the current waveform, we can find that the method of combining the PCC with the current observer can estimate the value of the inductor current.

key word ： Current observer DC/DC converter Current mode SPCC

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3本文主要内容 3

第2章 Boost型DC/DC转换器及控制策略 4

2.1 Boost型DC/DC转换器基本架构 4

2.2 Boost电路控制方式 4

2.2.1 电压模式 4

2.2.2 电流模式 6

2.3 本章小结 7

第3章 SPCC及其小信号模型 8

3.1 SPCC 8

3.2 SPCC小信号模型 10

3.3 本章小结 14

第4章 电流观测器设计 15

4.1 自校正模块 15

4.2 电感电流控制 17

4.3 微分电流观测器 17

4.4 电流环路优化 18

4.5 本章小结 19

第5章 系统性能以及仿真验证 20

5.1 自校正系数 20

5.2 离散时间域的鲁棒性分析 21

5.3 系统仿真 24

5.4 结果分析 25

5.5 本章小结 26

第6章 总结和展望 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

现代社会电子科技技术正在迅速地发展当中，我们的生活也充满了电子科技技术。例如智能手机、平板电脑等等。这些高科技方便携带，集成度高，而且功能多而强大。这些设备都有一个共同点，那就是都需要电源，所以，电源是当今社会必不可少的一部分。以前的电池技术是容量高、体积小，但是发展缓慢，不符合当今社会的步伐。所以目前在电源领域主要研究性能高、可靠性高的电源方案。

电源管理芯片主要包括了DC/DC 转换器和电荷泵等电路，其中DC/DC 转换器具有效率高、体积小、重量轻等优良特性，所以成为了其中核心组成部分。但是目前社会上的移动智能设备比如手机、平板电脑等，它们对于电源的要求就是要有足够低的、足够低的，但是却需要比较高的，所以在设计DC/DC转换器的时候是非常具有挑战性的，因为它具有很高的性能，但是成本非常低。

对于一般的传统的DC/DC ，都是通过模拟电路来实现的，这样不仅需要额外的补偿元件，而且这种情况下补偿方式也比较固定。所以，对于那些通过控制模式来控制的DC/DC 来说，它并不需要额外的补偿元件，并且参数是可以随负载状态而调节，灵活性强。所以，具有高性能的DC/DC转换器的发展趋势就是要研究这种数字模式下的DC/DC转换器。然而，就目前的对于数字方式下的DC/DC 转换器而言，大多数都是采用电流控制模式来进行控制的，这种方式控制下的电路结构是一般都有两个回路，一个是外部的电压回路，还有一个就是内部的电流回路。外部的电压回路的主要作用是对整个系统控制环的环路稳定性进行补偿，同时严格控制参考电流的产生。而内部的电流回路的主要作用则是对主电路的电感电流进行采样，然后通过与反馈回路产生的控制电压比较进而产生能驱动开关管开通与关断的占空比信号。在这种控制方式下，我们需要对主电路电感上的电流进行周期性地采样，所以，在控制回路中我们需要添加一个电流传感器来实现。对于电流传感器而言，有两种实现方式。第一种我们可以把一个值很小的电阻和电感或者是开关管串联串联起来，这样的话我们就可以将采集的电流信号转化为我们所需的电压信号，第二种就是利用一些特定的元件来进行采样，比如霍尔元件。这种方法同样是把电流信号转化为电压信号。所以，如果使用电流传感器的话，将会给成本带来一定的增加同时可能会产生由采样电阻所带来的功率损失等问题。对于传统的电流环控制来说，它是根据电感电流与所得到的参考电流进行比较来产生占空比控制信号的，电感电流的控制在数字控制的DC/DC 转换器中是通过算法实现的。针对上面的结论我们不难发现，我们是非常有待于研究电感电流的数字控制，这将非常有意义。