Boost變換器的控制電壓環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

[摘 要] 在科技飛速發(fā)展的浪潮中，開關(guān)電源逐漸朝著“高頻率、高效率、數(shù)字化、集成化”方向發(fā)展，對(duì)Boost類型的變換器提出了新的更高要求，急需優(yōu)化設(shè)計(jì)其控制電壓環(huán)，提高其運(yùn)行效率。因此，多角度客觀分析了Boost變換器、PFC控制電壓環(huán)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)的選擇，探討了選擇控Boost變換器控制參數(shù)中遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

[關(guān) 鍵 詞] Boost變換器；控制電壓環(huán)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）33-0049-01

一、Boost變換器

就Boost變換器來(lái)說(shuō)，具有升壓的功能，功率開關(guān)管一端、輸入電源二者共地，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)程序并不復(fù)雜，被廣泛應(yīng)用到不同領(lǐng)域中，比如，新能源應(yīng)用、光伏發(fā)電系統(tǒng)。隨之，如何有效改善、控制Boost變換器性能已成為相關(guān)研究領(lǐng)域談?wù)摰幕馃嵩掝}。在運(yùn)行過(guò)程中，電容電壓是Boost變換器的輸出量，并進(jìn)行必要的反饋控制，屬于非最小相位系統(tǒng)，也就是說(shuō)在小信號(hào)數(shù)學(xué)模型中存在零點(diǎn)，一旦占空比發(fā)生變化，輸出電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而出現(xiàn)負(fù)調(diào)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)運(yùn)行情況，過(guò)渡時(shí)間延長(zhǎng)，負(fù)調(diào)過(guò)程中，控制器會(huì)接收一系列反饋信號(hào)，出現(xiàn)正反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能不斷降低，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)其控制電壓環(huán)。

二、控制電壓環(huán)結(jié)構(gòu)，合理選擇參數(shù)

在運(yùn)行過(guò)程中，電壓環(huán)會(huì)動(dòng)態(tài)控制電流基準(zhǔn)，科學(xué)改變電感電流的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的輸出電壓，使其具有較高的穩(wěn)定性。其調(diào)制器誤差放大器輸出電流會(huì)直接作用到電感電流占空比，促使平均電感電流得以有效控制。如果輸出的電壓升高，誤差放大器輸出的電壓會(huì)有所降低，電感電流逐漸減小。在優(yōu)化設(shè)計(jì)Boost變換器控制電壓環(huán)中，相關(guān)人員必須結(jié)合各方面情況，全方位客觀分析PFC控制電壓環(huán)結(jié)構(gòu)，選擇科學(xué)的參數(shù)。在選擇參數(shù)過(guò)程中，相關(guān)人員要客觀分析影響有源功率因數(shù)調(diào)節(jié)器的因素，需要多角度、多層次客觀分析需要輸入端的橋式整流以及乘除法電路、平方電路，這是因?yàn)樵谶@些因素作用下，輸入端乘積、諧波、變頻等都會(huì)發(fā)生一系列變化。相關(guān)人員要以系統(tǒng)小信號(hào)模型為基點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)化分析，以控制參數(shù)為切入點(diǎn)，利用遺傳算法加以優(yōu)化，還要科學(xué)補(bǔ)償電壓控制回路，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在科學(xué)選擇設(shè)計(jì)變量基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，準(zhǔn)確把握Boost變換器電壓環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)、設(shè)計(jì)變量二者的關(guān)系，確保選取的參數(shù)更加準(zhǔn)確。

三、控制參數(shù)選擇中遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）遺傳算法

就遺傳算法來(lái)說(shuō)，其一般化過(guò)程包括多個(gè)方面，比如，初始化、交叉、變異。一輪遺傳操作結(jié)束之后，相關(guān)人員需要選取最佳的參數(shù)計(jì)算適應(yīng)度值，根據(jù)優(yōu)劣次序，展開下一輪迭代計(jì)算，直到獲取符合各方面客觀要求的性能指標(biāo)，選出適應(yīng)度值最大的樣本，對(duì)其字符進(jìn)行串解碼，得到最佳的參數(shù)值。

（二）遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化作用下一系列控制器參數(shù)過(guò)程中，相關(guān)人員需要利用格雷碼，進(jìn)行必要的編碼操作，有效彌補(bǔ)二進(jìn)制編碼方面的缺陷，要采用期望方法，盡可能不要采用間適應(yīng)度值比法，借助兩個(gè)交叉來(lái)操作。同時(shí)，在每代種群中，如果某個(gè)體的適應(yīng)度值最大，不能進(jìn)行變異，要采用全局收斂方法，根據(jù)各方面運(yùn)行情況，堅(jiān)持具體問(wèn)題具體分析的原則，采用多樣化的自適應(yīng)變異策略，將其作用到變異操作中，自定義對(duì)應(yīng)的溫度，明確遺傳算子，來(lái)提高算法搜索效率。

在此基礎(chǔ)上，相關(guān)人員要客觀分析研究結(jié)果，以研究結(jié)果為切入點(diǎn)，進(jìn)行必要的仿真與分析，看其優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，Boost變換器控制電壓環(huán)各方面性能是否得以提高，看其調(diào)整時(shí)間、帶寬、相角裕量等是否符合相關(guān)規(guī)定，是否超過(guò)規(guī)定的范圍等，提高其優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。一旦發(fā)現(xiàn)存在隱患問(wèn)題，要根據(jù)其具體情況，采取適宜的措施加以解決，有效防止變化器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行受到影響，在一定程度上，縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間，動(dòng)態(tài)控制其時(shí)域性能，確保Boost變換器的控制性能得以提高，有效防止系統(tǒng)運(yùn)行中受到非最小系統(tǒng)相位負(fù)調(diào)的影響，避免頻繁出現(xiàn)負(fù)調(diào)現(xiàn)象，確保Boost變換器具有較高的暫態(tài)性能。

總而言之，在優(yōu)化設(shè)計(jì)Boost變換器控制電壓環(huán)中，相關(guān)人員必須結(jié)合Boost變換器的性質(zhì)、特點(diǎn)、工作原理等，根據(jù)控制電壓環(huán)結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)，選取適宜的參數(shù)、優(yōu)化遺傳算法等，客觀分析研究結(jié)果，特別是優(yōu)化設(shè)計(jì)前后Boost變換器控制電壓環(huán)性能指標(biāo)變化情況。以此，確保Boost變換器處于“高效、穩(wěn)定”運(yùn)行中，降低其故障發(fā)生率，延長(zhǎng)其使用壽命，使其更好地投入適應(yīng)，充分發(fā)揮其多樣化作用，促使新時(shí)期電力事業(yè)不斷向前發(fā)展，走上長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展道路。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉慶豐，冷朝霞，孫晉坤，等.基于簡(jiǎn)化統(tǒng)一模型的DC-DC開關(guān)變換器數(shù)字優(yōu)化控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012（6）：118-125.

[2]姚川，阮新波，王學(xué)華.寬輸入電壓范圍下隔離型全橋Boost變換器的高效率控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012（2）：1-9.

[3]皇金鋒，劉樹林.Boost變換器的參數(shù)選擇與非最小相位分析[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2014（7）：51-59.