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串联谐振变换器的滑模是怎么控制的?
2021-09-02

谐振式变换器是采用适当的电路结构与开关控制策略相结合的产物,可同时解决开关强度、开关损耗以及电磁干扰等问题.因此,它以更显著的优点被广泛应用于工业、航天等各领域.然而,由于谐振环节的存在,电路模型的复杂性及高阶状态方程使得其控制变的更加困难,且在控制过程中每个谐振周期内,输出电压都会存在大量的纹波.为了调整输出电压及解决纹波问题,一般采用两种闭环控制方案:一种基于输出电压误差估计的预测控制方法:另一种是滑模控制策略.在预测方法中,需要建立能精确描述谐振变换器动态过程的离散化模型,并设计预测估计控制环节.然而,由于需要大量控制算法的实时计算造成了控制器实现的困难.


串联谐振


滑模控制与常规控制的根本区别在于控制的不连续性,即一种使系统“结构”随时间变化的开关特性.由于功率变换器中开关元件的存在.恰好归人这一类变结构系统,而滑模控制理论也在DC.DC变换器中得到广泛的应用,本文详细介绍了DC.DC变换器的滑模变结构控制,论述了如何以等效控制为分析手段来分析Buck、Boost和Buck.Boost变换器.论述了串联偕振变换器的滑模变结构控制,文中选择串联环节的峰值电流、输出电压及其积分作为状态变量设计切换面踊数,使得系统对输入电压的变化具有很好的鲁棒性.本文以全桥式串联谐振变换器(SeriesResonantConverter,SRC)为研究对象,利用两种方法设计滑模控制器,并对其进行分析比较.文中先给出SRC精确的动态电路模型,再通过某些假设条件将其简化为适合变结构控制的电路模型.


串联谐振变换器的建模


为了建立其精确的数学摸型,假设如下:①所有元器件均为理想器件;③滤波电容Cf足够大.由其工作原理得出其精确非线性动态电路模型.选用谐振环节电容电压Vc、电感电流i和输出电压V0,作为状态变量,其状态方程为


其中取值由sRc电路的电流连续的工作模式决定,分别为:


u=1电路工作在输入功率模式下,谐振环节的电流持续增加;


u=0电路工作在自由衰减模式下,谐振环节的电流不断减小;


u=0电路工作在再生功率模式下,谐振环节的电流较自由衰减模式减小更快.


为了达到简化和调整电压的目的,本文只使用前两种工作模式,将滑模控制理论应用于全桥式串联谐振变换器中的前提是建立适于变结构控制的模型,因此需将上述模型降阶简化,重新选取谐振环节的电流i(其峰值电流为ip)与输出电压V0作为状态变量。

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