脉冲序列调制开关功率变换器控制技术研究

系统深入的研究基于脉冲序列调制的开关变换器控制技术，研究脉冲序列调制开关变换器实现快速瞬态响应速度的原理、实现方法，及对开关变换器瞬态控制特性和稳态控制特性的影响；研究控制脉冲占空比的离散分布方式及对离散分布的占空比进行调制的调制规则，研究其对脉冲序列组合方式的影响；研究占空比离散分布的控制脉冲组成的脉冲序列对开关变换器瞬态和稳态控制特性的影响；研究同时改善开关变换器的瞬态响应速度和稳压精度的优化的占空比离散分布方式及其调制规则，在简化控制电路的同时，实现开关变换器的优化控制；基于平均和能量平衡原理，研究脉冲序列调制开关变换器的建模分析方法，进行稳态特性和小信号特性的分析；研究脉冲序列调制开关变换器的大信号特性、非线性动力学特性和控制系统的稳定性问题；对理论研究成果进行计算机仿真和实验验证工作，研制实验样机，研究控制电路的集成化实现，建立基于脉冲序列调制开关变换器控制技术的理论体系。

针对下一代微处理器对开关电源响应速度、控制精度和控制系统稳定性的要求，突破传统开关变换器PWM调制思想的限制，本项目提出了开关变换器的脉冲序列调制思想，开拓了一个全新的实现开关变换器控制的研究领域，形成了具有明显特色的开关变换器控制理论，促进了电力电子新技术的发展。主要研究内容和取得的重要成果包括：.(1)基于电路基本理论和连分数展开的数学思想，研究了在一个脉冲序列循环周期内脉冲序列调制开关变换器的高、低功率脉冲的数量及组合规律的算法，得到了各种参数条件下脉冲序列调制开关变换器的脉冲序列组合方式；基于控制脉冲组合规律，研究了其多周期态的参数估计和输出电压纹波等稳态性能；(2)提出并研究了电压型控制和电流型控制脉冲序列调制开关变换器的控制原理和实现方式；分析了其在一个开关周期内的输出电压变化量以及一个脉冲序列循环周期内控制脉冲的数量比例；得到了控制参数整定的依据，并给出了具体的参数设计步骤；搭建了相应的仿真和实验研究平台；针对电压型控制和电流型控制脉冲序列调制技术存在的问题，提出并研究了基于电流基准的脉冲序列调制技术，明显减小了开关变换器的输出电压纹波、有效提高了开关变换器的输出电压精度以及轻载模式的稳态性能；(3)提出并研究了脉冲序列调制开关变换器的能量迭代建模方法，建模方法物理意义明确，可以充分揭示脉冲序列调制开关变换器的控制规律、工作特性和物理现象；(4)建立了脉冲序列调制开关变换器的时间离散迭代模型，基于此模型研究了脉冲序列调制开关变换器的动力学特性；(5)分析了脉冲序列控制开关变换器低频振荡现象的产生机理，为改进稳态特性提供了必要的理论依据；研究了COT控制和脉冲序列调制CCM开关变换器的低频波动现象，发现了产生低频波动现象的原因是输出电容电压与电感电流之间存在的相位差，通过补偿电感电流与输出电压的相位差，可以抑制低频振荡现象，改善输出电压纹波特性；(6)提出并研究了一种谷值控制脉冲序列调制技术，有效抑制了脉冲序列调制CCM开关变换器的低频波动现象；(7)研究了传统电压型、电流型、基于电流基准的脉冲序列调制开关变换器的稳态及瞬态特性，研制了谷值控制脉冲序列调制开关变换器的实验样机。.结合项目研究，培养博士生9名，硕士生4名，发表SCI论文40篇，EI刊物论文29篇，EI国际会议论文6篇，授权和受理国家发明专利及实用新型专利17项。