一种改善DC-DC开关变换器瞬态响应的补偿算法研究

摘要

近年来，随着全球电子信息产业的蓬勃发展，DC-DC开关变换器在国防领域和民用电子工业领域得到了极其普遍的应用，因此对DC-DC开关变换器的研究是电力电子领域的核心研究内容之一。随着半导体工艺技术的不断发展，便携式、高集成、低功耗的电子产品得到越来越广泛的应用，这就对电子设备所需要的电源设备提出了更高的要求。需要更小体积，更低功耗，更高性能的DC-DC变换器为便携式设备提供电源供电。因此，对DC-DC开关变换器的研究具有重要的现实意义。同时，相比于传统模拟控制方法，数字控制技术显著提高了开关变换器的控制的灵活性和可靠性，具备直接监视、处理并适应系统条件的能力。数字DC-DC开关变换器的性能不再决定于大量离散元器件的参数，而是由数字控制软件和控制算法决定，这样减小了开关变换器的体积，节约成本，并且可以实现更加复杂的算法。所以，数字DC-DC开关变换器也成为研究重点。
　　开关变换器的建模分析是研究开关变换器拓扑结构和控制方法的基础，本文对模拟和数字的降压DC-DC开关变换器的建模分析进行了介绍，有助于开关电源的性能优化和设计效率的提高。
　　文章提出了一种应用于DC-DC开关变换器的改进型补偿算法，以提高电路瞬态响应。本算法的提出是根据输出电压自适应改变锯齿波的相对值，使锯齿波上下平移，从而占空比可以在0到100％之间迅速变化。基于这个原理将这种可变锯齿波的方法转化为补偿函数的改变，无需改变斜坡震荡器，可以简化电路结构、降低功耗。这种算法可以用来改进模拟DC-DC开关变换器的补偿电路，同时可以用于数字DC-DC开关变换器的PID控制算法以达到更好的瞬态响应速度。通过对模拟和数字DC-DC开关变换器的Matlab仿真表明，该算法能使瞬态响应速度提高近10倍。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 开关变换器发展概况

1．3 数字DC-DC开关变换器研究现状

1．4 本文研究重点

1．5 本文主要内容安排

第二章 模拟DC-DC开关变换器及建模

2．1 DC-DC开关变换器基本工作模式

2．2 DC-DC开关变换器基本结构及工作过程

2．2．1 CCM

2．2．2 DCM

2．2．3 BCM

2．3 模拟DC-DC开关变换器

2．3．1 模拟DC-DC开关变换器系统结构

2．3．2 模拟DC-DC开关变换器工作原理

2．4 非理想Buck变换器连续模型

2．4．1 开关寄生参数等效换算

2．4．2 时间平均等效电路

2．4．3 直流等效电路

2．4．4 交流小信号等效电路

2．5 本章小结

第三章 数字DC-DC开关变换器及建模

3．1 数字控制Buck变换器系统结构及工作原理

3．1．1 模数转换器(ADC)

3．1．2 数字补偿器

3．1．3 数字脉冲宽度调制器(DPWM)

3．2 非理想Buck变换器离散模型

3．2．1 离散时间小信号模型

3．2．2 模型推导

3．3 本章小结

第四章 提高DC-DC开关变换器瞬态响应的补偿算法

4．1 传统的补偿函数计算方法

4．2 基于可变锯齿波的补偿算法

4．3 电路实例

4．4 仿真结果

4．1．1 模拟DC-DC降压变换器仿真结果

4．1．2 数字DC-DC降压变换器仿真结果

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况