上世纪90年代初,单周控制理论(One-Cycle Control)是由美国加州理工学院的K.M.Smedley博士提出的一种大信号非线性控制理论方法,它是在开关放大器PWM控制基础上发展起来的。其突出优点是无论稳态还是暂态,都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于控制参考信号,即能在一个周期内有效地抵制电源侧的扰动,既没有静态误差也没有动态误差,动态响应快速,对输入扰动抑制能力强。开关变换器是脉冲式的非线性动态系统,大多数控制方案是首先通过线性化控制方程逼近这个非线性动态系统,然后再采用一个线性反馈技术来实现。这种方法限制了非线性开关电源系统的功能。而单周控制没有这种限制,因而得到了学术界的广泛认可,也成为了学者们研究的热点。

　　单周控制与其他现有PWM控制法相比,具有结构简单、响应速度快、稳定性好的优点,可适应高精度、高速度和高抗干扰的控制要求。单周控制已在DC/DC变换器、功率因数校正、有源电力滤波器、逆变器、开关功率放大器、不间断电源、交流稳压电源、静止无功发生器以及功率放大和光伏电源最大功率点跟踪控制等方面得到大量应用。国外已有公司开始致力于将单周控制模块化并投入到商业运营。

　　1 单周控制原理

　　将单周控制的基本原理应用于各种电流控制上,就可以得到电荷控制、准电荷控制、非线性载波控制和输入电流整形技术等新型控制技术。从形式上看电荷控制是电流型的单周期控制,其控制思想是控制开关的电流量,使之在一个周期内达到期望值。准电荷控制也是一种电流型的单周控制,是在电荷控制的基础上,用RC网络代替电荷控制电路中的C网络。非线性载波控制的控制电流可为开关电流、二极管电流或电感电流。从电路的拓扑结构上讲,非线性载波控制技术是在电荷控制的基础上增加了一个非线性补偿,提高了系统的稳定性。在非线性载波控制中当电路工作在电流连续状态下,系统就是稳定的,而电路工作在断续状态下,系统是小信号稳定的。另外,非线性载波控制工作在断续条件下会产生输入电流的畸变。输入电流整形技术检测二极管上的电流,从形式上说是一种类似于非线性载波控制的方案,从控制的实质上讲它是平均电流控制的一种相反应用。

　　单周控制技术通过控制开关的占空比,使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或正比于控制参考量。控制器主要包括积分器、复位开关S2、比较器和RS触发器。当时钟脉冲到来时,RS触发器置位Q端为1,为0,控制主开关S1导通,复位开关S2关断。积分器积分,直到积分输出Uint等于控制参考Uref,比较器输出复位RS触发器Q端为0, 为1,控制主开关S1关断,复位开关S2导通。直到一个时钟脉冲到来,输出电压Uo总是跟随Ui,如图1所示。