李繼嵐 吳曙光 韓冰 蔡雄友 李婉璐

摘要：針對(duì)小功率升降壓變換器在輸入電壓不穩(wěn)定和負(fù)載存在變化的工況，以升降壓開關(guān)電源輸入電壓為5 ～ 10 V，且負(fù)載不大于2 A，輸出電壓為-25 V 為例，通過理論計(jì)算得到升降壓開關(guān)電源電感值、電容值，同時(shí)采用比例積分（proportional integral，PI）控制器設(shè)置參數(shù)。根據(jù)電源的輸入/ 輸出需求，在MATLABSimulink 中建立電路模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)置電源的工作頻率為200 kHz，當(dāng)電感電流在輸入電壓為5 V時(shí)，紋波率為0.4，輸出電壓紋波為1%。該電源輸出電壓紋波和電感電流的值與理論計(jì)算值一致且能夠滿足實(shí)際的工作要求。

關(guān)鍵詞：PWM；開關(guān)電源；PI 控制

中圖分類號(hào)：TN492；TB559 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，各種設(shè)備對(duì)直流穩(wěn)壓電源需求不斷增大，其中的開關(guān)電源是非常重要的供電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，理論成熟度高[1]。直流—直流（direct current-direct current，DC-DC）變換器的主要發(fā)展趨勢(shì)包括工作在開關(guān)狀態(tài)下效率更高[2]、硬件組成更小、開關(guān)頻率更高[3]。目前升降壓變換器有許多控制算法。DC-DC 升降壓變換器可以采用雙線性模型表示非線性系統(tǒng)[4]。為了保證輸出電壓穩(wěn)定，需要將非線性的系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理。采用的處理方法是在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行一階泰勒展開，然后根據(jù)線性系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)控制器[5]。部分學(xué)者采用了傳統(tǒng)的比例積分微分（proportional integralderivative，PID）控制器[6-7]。有些專家和學(xué)者提出了一些非線性控制技術(shù)用于解決DC-DC 變換器輸出電壓不穩(wěn)定的問題，如自適應(yīng)技術(shù)[8]、自抗擾技術(shù)[9] 和滑模技術(shù)[10] 等控制方式。

基于系統(tǒng)實(shí)際工作的情況，本文采用比例積分（proportional integral，PI）控制器控制其電壓輸入和負(fù)載阻抗均在一定范圍內(nèi)變化。根據(jù)電源設(shè)計(jì)理論[10] 計(jì)算變換器需要采用的電感值和耐受的電流值，根據(jù)紋波計(jì)算輸出電容器的電容值。實(shí)驗(yàn)表明本文采用的PI 控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，理論成熟且控制效果較好，能夠豐富電源的理論研究和應(yīng)用案例。