摘 要

近几十年来，开关电源技术飞速发展，其利用范围越来越广，开关电源分为两个部分，一是功率变换主电路，其次是其控制电路。Boost升压斩波电路作为基本的非隔离式开关电源，其控制方法一直是国内外专家研究的对象。传统控制理论利用电压控制方法，虽然拥有良好的稳态性能，但是系统的动态性能无法满足现实要求，在此基础上，国内外专家提出了一系列非线性控制方法，滑模控制，智能控制，模糊控制等等方法，均取得了成效。

论文主要研究了争对Boost电路非最小相位动态控制性能差，响应速度慢，出现超调等特点，本文提出了基于电容电荷平衡控制的非线性控制方法，介绍了电容电荷平衡控制的基本原理，推导了其数学模型，并采用小信号建模的方式，在MATLAB仿真环境下，搭建了系统的模型，建立了其系统仿真。

研究结果表明通过对仿真波形和内奎斯特图的分析，验证了基于电容电荷平衡的控制方法极大的改善了系统的动态性能，并且拥有良好的稳态性能与鲁棒性。

本文的特色在于优化了传统控制方法中动态控制不理想的问题，在非线性控制方法中验证了电荷控制的可行性。

关键字：Boost电路，电荷控制，非线性控制

Abstract

In recent decades, the rapid development of switching power supply technology, its use more and more widely, switching power is divided into two parts, one power conversion main circuit, followed by its control circuit. Boost boost chopper circuit as a basic non-isolated switching power supply, the control method has been the object of domestic and foreign experts. The traditional control theory uses the voltage control method, although it has good steady-state performance, but the dynamic performance of the system can not meet the realistic requirements. On this basis, experts at home and abroad put forward a series of nonlinear control methods, sliding mode control, intelligent control, Fuzzy control and so on, have achieved results.

In this paper, the non-linear control method based on capacitance charge balance control is proposed, and the basic principle of capacitance charge balance control is introduced. In this paper, the nonlinear control method based on capacitance charge balance control is introduced, The mathematical model is deduced and the model of the system is modeled by the small signal modeling. The system simulation is established under the MATLAB simulation environment.

The results show that the control method based on the capacitance charge balance greatly improves the dynamic performance of the system and has good steady - state performance and robustness through the analysis of the simulation waveform and the Nyquist diagram.

The characteristics of this paper are to optimize the traditional control method in the dynamic control is not ideal problem, in the nonlinear control method to verify the feasibility of charge control.

Key words: Boost circuit, charge control，Non - linear control

目录

第一章 绪论 1

1.1课题的背景及研究意义 1

1.2开关电源技术研究现状与发展 2

1.3开关电源控制技术的现状及发展 3

1.4本文的主要工作与贡献 4

第二章 Boost变换器原理及其设计 4

2.1 DC-DC变换器分类 4

2.2 Boost变换器工作原理 6

2.2.1 Boost变换器原理分析 6

2.2.2 Boost电路工作的模式 7

2.3 DC-DC变换器的数学模型 9

2.4本章小结 11

第三章 基于电容电荷平衡的控制原理 11

3.1 DC-DC变换器的控制方法分类 11

3.2传统Boost系统控制策略 12

3.2.1 boost系统非最小相位系统特点 12

3.2.2 Boost传统控制原理 12

3.2.3基于电荷平衡控制理论算法 14

3.3电荷控制下的小信号建模 17

3.4本章小结 18

第四章 基于电容电荷平衡的dc-dc变换器仿真分析 20

4.1仿真环境介绍 20

4.2小信号模型的电荷控制仿真 21

4.3系统仿真分析 22

4.4本章小结 23

第五章 全文总结与展望 25

致谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1课题的背景及研究意义

随着电子科技技术高速进步与发展，可靠性电源在电力电子技术中占领了重要的地位，不论是手机，便携式电脑，还是电动汽车，甚至在航空航天技术中也成为关键的一环。作为信息社会的产物的微电子技术和集成电路，在当今社会迅猛发展，他的重要性影响着国民经济，国防安全等方方面面，而其产业规模和科学技术已经成为衡量一个国家综合实力的标志之一。大规模集成电路(LSI)的成功问世极大的影响了电子行业的进程，尤其是超大规模集成电路(VLSI)向超高速集成电路(VHSIC)的实现，使电子设备结构得到优化，生产体积更小，制造工艺技术更高，这就要求体积小(高功率密度)、损耗小、可靠性更高、效率更高的电源为其供电，更重要的是满足功率变换的要求和经济环保要求科技的进步使得传统线性电源已经无法满足当前电子设备的要求，这就促使世界各国在电力电子领域加大投入，不断优化创新。不断涌现出的新概念、新技术、新产品推动着世界科技向着节能环保的方向前进。而开关电源就是在这样的大背景下飞速发展，他广泛用于各种电子设备、仪器以及家电等如电脑，电视机，DVD播放器，空调等控制电路的电压，这些电源的功率通常仅有几十瓦至几百瓦。也有功率比较小的开关电源，例如电子移动设备的电源，最常见的手机电源功率通常只有几瓦。功率较大的通信交换机和大型设备的电源也是开关电源，他们的功率可到数千瓦至数百万千瓦。另一个离不开开关电源的重要领域就是国民工业，不论是在数控机床还是厂房的自动化生产中，虽然主电路都是强电供电，但其控制回路的供电都离不开关电源的支持。基本的开关开源系统示意图如图1.1。