脉宽调制升压直流转换器的系统建模

摘要

在电源系统的长期发展历程中，由于有较高的电源转换效率，开关电源得到了广泛应用。尤其是在对电源转换效率和体积都非常敏感的便携式产品中，开关电源几乎不可或缺。 开关电源是个负反馈系统，像其它所有负反馈系统一样，环路稳定性是它正常工作的基础。此外，在广泛使用DC-DC转换器的便携式产品中，由于体积越来越小，而系统越来越复杂，导致电源电路的工作环境中EMC(电磁兼容性)问题越来越严重。所以在满足电源输出的性能要求的同时，还要求DC-DC转换器有很好的抗干扰能力。本文旨在通过对开关电源系统建立和研究相应的数学模型，对它的环路稳定性、抗干扰能力和输出性能有个全面了解。 电压控制模式和电流控制模式是DC-DC经常使用的控制模式。本文首先以升压型转换器为例，全面地分析电压控制型升压转换器电源在电流连续模式(CCM)以及电流不连续模式(DCM)下工作的系统模型，并通过设计实例验证：然后，同样分析并实例验证电流控制型升压转换器的数学模型。最后根据设计结果，对电压型控制和电流型控制进行对比并总结。 对于DC-DC转换器设计，数学模型的准确性直接影响设计的预期特性，例如瞬态特性，稳定性和抗干扰性能等。瞬态特性和系统模型中的回路单位增益带宽密切相关：稳定性和回路相位裕量密切相关；系统对120Hz扰动(工频信号经过整流后的主要干扰成分)以及其它高频噪声的抑制能力等等。以上这些是电源应用关注的基本点，本文将着重讨论。 本文中的系统建模经过理论推导和Hspice仿真对比验证。

目录

声明

摘要

第1章引言

1.1电源IC的发展

1.2开关电源的简单介绍

1.2.1 DC-DC开关电源的分类

1.2.2三种基本的DC-DC开关转换部分拓扑

1.2.3电流连续模式(CCM)和电流不连续模式(DCM)的简单介绍

1.2.4电压型控制和电流型控制的简单介绍

1.3论文主要工作

第2章升压直流转换器基本知识和功率电路建模

2.1直流转换器主要性能指标和设计内容

2.2升压功率电路理想稳定态工作分析

2.2.1 M(D)—升压转换器输出V/输入电压Vg比(V/Vg)

2.2.2电感电流

2.2.3输出电压纹波Δv

2.2.4 I-电容充电电流

2.3升压转换器非理想下，输出功耗等效模型和损耗，效率分析

2.3.1开关电源功率模型和电源内阻非理想的影响

2.3.2电感，开关管，整流管非理想对升压转换的影响--直流损耗

2.3.3交流损耗

2.4 DCM升压功率电路稳定态工作分析

2.5功率电路建模，小信号分析

2.5.1 CCM升压功率电路建模

2.5.2 DCM升压功率电路建模

2.6总结

第3章升压转换器电压型控制环路设计

3.1升压转换器电压型控制回路介绍

3.1.1回路介绍

3.1.2负反馈减少了变量引起的输出的扰动

3.2回路稳定性理论

3.3补偿回路Gc(s)分析和对比

3.3.1 1型—主极点补偿

3.3.2 2型—双极点，单零点补偿

3.3.3 3型-三极点，双零点补偿

3.4升压转换器CCM电压型设计建模

3.4.1 Co不带ESR电阻(ESR：串联电阻)

3.4.2 Co带ESR电阻，用铝电解电容，C Rc=65E-6

3.5升压转换器DCM电压型设计建模

3.5.1 Co不带ESR电阻

3.5.2 Co带ESR电阻，用钽电容，Rc=0.2～0.5

3.6 DCM电压型升压变换器设计实现

3.6.1系统模型模拟结果

3.6.2系统设计

3.6.3模拟电路设计

3.7总结

第4章升压转换器电流型控制环路设计

4.1电流型升压器结构介绍

4.2电流型升压转换器功率电路模型

4.2.1 CCM CPM升压功率电路模型

4.2.2 DCM CPM升压功率电路模型

4.3电流型CCM升压转换器稳定性分析

4.4 CCM电流型控制升压型设计建模

4.5电流型和电压型控制的比较

4.6小结

4.7总结

参考文献

致 谢