BUCK變換器的環(huán)路建模與研究.pdf

1、從上個(gè)世紀(jì)五十年代后期起，電力電子技術(shù)發(fā)展十分迅速，尤其是在開關(guān)電源(Switch Mode Power Supplies，SMPS)方面。開關(guān)電源具有轉(zhuǎn)換效率高、體積較小、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于LED照明、移動(dòng)電源、功率電子器件以及航空航天等諸多領(lǐng)域。但是開關(guān)電源對(duì)于輸入電壓擾動(dòng)、輸出負(fù)載突變等擾動(dòng)容易引起系統(tǒng)輸出電壓超調(diào)量大和穩(wěn)定性等問題，這一直是諸多電源工程師和電力電子相關(guān)研究人員關(guān)注的難題。
　　本文針對(duì)上述問題，首先

2、介紹了開關(guān)電源的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并以BUCK變換器為例，分析和推導(dǎo)BUCK變換器的工作原理;同時(shí)分析連續(xù)導(dǎo)通模式、非連續(xù)導(dǎo)通模式和臨界導(dǎo)通模式幾種穩(wěn)態(tài)工作模式的關(guān)系。之后研究了BUCK變換器的調(diào)制模式，主要包括遲滯控制、電壓控制和電流控制。
　　論文結(jié)合Dr.Ridley模型，詳細(xì)建立和推導(dǎo)了峰值電流模式控制的BUCK變換器完整的數(shù)學(xué)模型。其中建立了系統(tǒng)的大信號(hào)模型和小信號(hào)模型，并利用小信號(hào)模型得出BUCK變換器功率級(jí)和環(huán)路的傳遞

3、函數(shù)。同時(shí)選擇不同類型的誤差放大器以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其中主要包括:普通運(yùn)算放大器的Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型和跨導(dǎo)運(yùn)算放大器的Ⅱ型和Ⅲ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。并對(duì)輸出電壓到控制電壓的傳遞函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)以及分析其零極點(diǎn)情況。
　　結(jié)果表明，當(dāng)誤差放大器采用OPA型的運(yùn)算放大器時(shí)，盡管Ⅲ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在帶寬頻域內(nèi)比Ⅱ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)多引入了一個(gè)右半平面的零點(diǎn)，以提高系統(tǒng)的相位裕度。但當(dāng)負(fù)載電阻過低時(shí)，系統(tǒng)的增益裕度不足，穿越頻率很靠近二分之一開關(guān)頻率，使得系統(tǒng)的補(bǔ)償效

4、果并不明顯。為此，本文設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型的反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，在Ⅱ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)前增加可調(diào)電阻，以改善穿越頻率靠近二分之一開關(guān)頻率而引起相位裕度不足的問題。當(dāng)誤差放大器采用OTA型的運(yùn)算放大器時(shí)，Ⅱ型和Ⅲ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)都至少能提供零點(diǎn)和極點(diǎn)各一個(gè)，實(shí)際中，常將該零點(diǎn)設(shè)置在穿越頻率以內(nèi)，從而使得輸入電壓發(fā)生擾動(dòng)或者輸出負(fù)載發(fā)生變化時(shí)而引起穿越頻率的變化。
　　另外在本文最后一節(jié)設(shè)計(jì)了一種新型的變參數(shù)比例積分(Variable ParametersP