峰值电流模式控制非理想Buck变换器的建模与控制研究

摘要

DC-DC变换器的建模分析对开关电源分析和设计具有重要的意义,理想模型和实际电路之间的偏差也是DC-DC变换器建模中不可忽视的问题,DC-DC变换器及其控制系统的完整模型具有很强的实用价值。本文深入研究了DC-DC变换器及其控制系统的完整建模方法,为DC-DC变换器设计提供理论依据,有助于设计效率的提高和性能的优化。
　　 在对DC-DC变换器现有建模方法进行深入分析的基础上,研究非理想DC-DC变换器在连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)和断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)下的电路平均建模方法。以Buck变换器为例,阐明了建模过程,对模型进行稳态和动态小信号特性分析,导出传递函数。该建模方法考虑了变换器的寄生参数、电感电流的纹波,模型直观、物理意义清晰,便于对DC-DC变换器及其控制系统进行建模和设计。
　　 在CCM模式下非理想Buck变换器模型的基础上,研究峰值电流模式控制非理想Buck变换器完整系统的建模方法,根据峰值电流模式控制Buck变换器系统结构及其工作原理,从电流控制环的角度分析了斜坡补偿的必要性,并建立了包含峰值电流控制器和电压控制器的CCM下峰值电流模式控制非理想Buck变换器完整交流小信号模型。
　　 以CCM下峰值电流模式控制非理想Buck变换器完整交流小信号模型为基础,对系统电流环路和电压环路分别进行分析,研究了电压控制环路的补偿网络拓扑结构,设计了适用的电压控制器及其参数,并对系统进行开环和闭环仿真,验证本文所建模型的正确性以及电压控制环路补偿方案的实用价值,证明了建模对设计的指导意义。

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第一章 绪论

1.1 本文的研究背景

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的研究目的与意义

1.4 本文的主要内容和结构安排

第二章 非理想Buck变换器建模分析

2.1 基本PWM变换器简介

2.1.1 Buck变换器

2.1.2 Boost变换器

2.1.3 Buck-Boost变换器

2.1.4 Cuk变换器

2.2 CCM模式非理想Buck变换器建模

2.2.1 非理想Buck变换器等效电路

2.2.2 能量守恒原理的应用

2.2.3 大信号平均等效电路模型

2.2.4 直流等效电路模型

2.2.5 交流小信号等效电路模型

2.3 DCM模式非理想Buck变换器建模

2.3.1 能量守恒原理的应用

2.3.2 大信号平均等效电路模型

2.3.3 占空比限制

2.3.4 直流等效电路模型

2.3.5 交流小信号等效电路模型

第三章 峰值电流模式控制非理想Buck变换器系统建模

3.1 峰值电流模式控制Buck变换器系统结构与工作原理

3.2 峰值电流控制器的建模

3.2.1 斜坡补偿

3.2.2 峰值电流控制器的精确模型

3.2.3 电流采样网络电路模型的建立

3.2.4 完整的峰值电流控制器建模

3.3 电压控制器的建模

3.4 系统完整电路的建模

第四章 峰值电流模式控制非理想Buck变换器系统分析与仿真

4.1 电流环路的分析

4.2 电压环路的分析

4.3 电压控制器的分析与设计

4.4 系统控制电路设计实例

4.4.1 无补偿传递函数

4.4.2 电压控制器设计

4.5 系统分析

4.6 仿真验证

第五章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文