什么是 DC-DC 转换器控制？

DC-DC 转换器是将直流电 (DC) 从一个电压水平转换为另一个电压水平的功率电子电路。DC-DC 转换器有多种拓扑，包括降压（降低电压）、升压（升高电压）、降压-升压（既能升高电压也能降低电压）和更复杂的单端初级电感 (SEPIC)。在 DC-DC 转换器控制中，高效率电压转换是通过半导体功率设备的快速开关来实现的。这些设备包括对储能元件（电感器和电容器）进行周期性充放电的晶闸管、MOSFET、IGBT 和二极管，等等。DC-DC 转换器是现代电子产品不可或缺的一部分，使电池和其他直流电源能够在不同组件所需的直流电压范围内使用。这些转换器的控制方法对于维持所需的输出电压并确保在各种负载工况下的高效电源管理至关重要。

DC-DC 转换器控制器设计

电力电子工程师可以使用 MATLAB^® 和 Simulink^® 产品在同一仿真环境中对模拟电子元件和数字控制算法进行建模。当需要在变化的负载工况和输入电压波动的情况下调节输出电压或电流时，工程师会选择以数字方式控制 DC-DC 转换器。借助功率级和控制算法的闭环仿真，您能够在实现控制器之前评估和验证设计方案。

使用仿真作为这些关键设计任务的一部分有助于确保您的 DC-DC 转换器控制系统不仅稳健可靠，还能满足设计设定：

设计用于电压调节的反馈控制器
在设计控制器的同时优化 RLC 组件
估计半导体开关的稳态和动态特性
分析动态性能和电能质量
在嵌入式微处理器或 FPGA 上进行数字控制器的原型构建和实现

升压转换器控制的 Simulink 模块图。

使用 Simulink，您能够设计、验证和实现 DC-DC 转换器控制系统，在开始硬件测试之际就知道它会按预期工作。您可以：

使用标准电路元件或预置转换器模块对功率级进行建模。
在不同模型保真度级别对转换器模型进行仿真，包括系统动态的平均值模型、开关特性的行为模型以及寄生参数和细节设计的详细非线性开关模型。
设计、仿真和比较不同控制器架构，包括电压模式控制和电流模式控制。
使用交流频率扫描或伪随机二进制序列 (PRBS) 以及其他系统辨识方法，对具有开关效应的非线性转换器模型应用经典控制方法，例如使用波特图和根轨迹图的交互回路成形。
使用自动调节工具在单个或多个反馈回路中自动调节控制器增益。设计增益调度控制器以处理工作点变化。
在硬件原型上验证电力转换器控制之前，在硬件在环 (HIL) 设置中测试其实时执行。
通过生成测试用例识别并更正控制设计中的常见错误，并预防可对成本高昂的硬件原型造成的潜在损坏。
生成用于微控制器上实现的优化且稳定的 C/C++ 控制代码，或者生成用于 FPGA 编程或 ASIC 原型开发的可综合的 HDL 代码。

工程师可以使用 MATLAB、Simulink 和 Simscape Electrical™ 在同一环境中设计、仿真和测试 DC-DC 转换器控制算法。详细建模可让您评估各种场景下的转换器性能并将结果实时可视化。

使用 Embedded Coder^®，您可以为控制器生成产品级代码并执行硬件在环测试，以评估 DC-DC 转换器在各种工况下的性能。这种方法有助于设计人员降低风险、优化性能，并加速从概念到上市的过程。

要了解如何使用 MATLAB 和 Simulink 设计 DC-DC 转换器控制的更多信息，请参阅 Simulink Control Design™、Control System Toolbox™ 和 HDL Coder™。