為了提高Buck變換器的輸入與輸出電壓響應(yīng)速度、穩(wěn)壓精度和抗干擾能力,提出了輸入電壓前饋+平均電流反饋+輸出電壓反饋型三環(huán)控制方式。在基于峰值電流反饋型的V²C三環(huán)Buck變換器基礎(chǔ)上修正了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):引入輸入電壓前饋環(huán)節(jié),修正雙電壓反饋型為電壓前饋+電壓反饋型,改進(jìn)峰值電流反饋型為平均電流反饋型,形成了新的三環(huán)控制方式的Buck變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);通過分析工作原理和推導(dǎo)有源-無源開關(guān)對等效模型,構(gòu)建了整體小信號模型,獲得了傳遞函數(shù);采用Pspice軟件搭建模塊與編程,將新型三環(huán)控制方式與峰值電流型V²C三環(huán)控制方式進(jìn)行時域、頻域?qū)Ρ确抡娣治鲵炞C,表明提出的三環(huán)控制方式其輸入與輸出電壓響應(yīng)速度、穩(wěn)壓精度和抗干擾能力均優(yōu)于后者。 

【文章來源】：電源技術(shù). 2020,44(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖３?ＳＰＤＴ的小信號模型??０５??２０２０．８?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．８??

本文采用開關(guān)元件平均法進(jìn)行建模分??析。??動態(tài)分析是研究ＤＣ－ＤＣ功率變換器的一個關(guān)鍵領(lǐng)域，為??了便于分析，將變換器進(jìn)行模塊化分組，分為三個功能模塊：??功率級模塊、ＰＷＭ模塊和控制反饋模塊。本文著重對ＰＷＭ??模塊，即有源－無源開關(guān)對模塊進(jìn)行了小信號模型等效，然后??將三個功能塊的小信號模型進(jìn)行功能整合，組成一個完整的??閉環(huán)控制模型。??２．１有源－無源開關(guān)對的等效模型構(gòu)建??建模中，將功率管Ｓ與二極管Ｑ組成的有源－無源開關(guān)??對，看作一個ＳＰＤＴ（單刀雙擲）開關(guān)，如圖２（ａ）的虛線框所示。??占空比用（ｉ表示，開關(guān)周期用ｒｓ表示。ＤＣ－ＤＣ變換器的導(dǎo)通??模式有兩種［１１］：連續(xù)導(dǎo)通模式（ＣＣＭ）和斷續(xù)導(dǎo)通模式（ＤＣＭ），??本文研究的Ｂｕｃｋ變換器小信號模型僅考慮了?ＣＣＭ。使用開??關(guān)函數(shù)＜？，定義在導(dǎo)通期間ｄ７；為１，關(guān)斷期間（１－句７；為０，??有：??ｑ：??ｄＴｔ??（ｉ）??＇ｈ??（ａ）有源“無源開關(guān)對?（ｂ）等效ＳＰＤＴ開關(guān)物理模型??圖２?ＳＰＤＴ開關(guān)電路??由有源－無源開關(guān)對的端口工作機(jī)理且假設(shè)電路變量不??偏離其局部的平均值有：??Ｋｄ?（２）??ｌ＝ｌｄ?（３）??式（２）、（３）的電路方程與雙繞組變壓器的電路方程一致，即??占空比ｄ可看作是變壓器的原邊－副邊的匝數(shù)比，于是ＳＰＤＴ??可等效為雙繞組變壓器。式（２）、（３）中引入交流小信號，忽略二??次高階項，分離出交流變量信號，得到小信號表示為：??＾?＝?＋?（４）??ｌ＝ｌＪ?＋?Ｄｉｃ?（５）??則得到如圖３所示的等效小信號電路模型。??構(gòu)建Ｂｕｃｋ變換器Ｓ域小信號模型，如圖４所示。??令

誤差放大器??（ａ）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)??時，??鐘??０?＿??Ｋｔ??Ｖｐ?！??ｏｈ?ｉｉ?ｉｉ?＞ｆ??（ｂ）控制波形??圖１?輸入電壓前饋型三環(huán)控制Ｂｕｃｋ變換器??Ｂｕｃｋ變換器構(gòu)建了小信號模型，詳細(xì)推導(dǎo)了變換器中有源＿??無源開關(guān)對的等效模型，求出了相關(guān)傳遞函數(shù)；最后，對該模??型進(jìn)行了時域、頻域仿真驗證，表明本文提出的輸入電壓前饋??型三環(huán)控制方式能夠顯著提升Ｂｕｃｋ變換器的輸人電壓突變??響應(yīng)速度、負(fù)載突變響應(yīng)速度、輸出電壓穩(wěn)壓精度及達(dá)到較好??的抗干擾目的。??１輸入電壓前饋＋平均電流反饋＋輸??出電壓反饋三環(huán)控制Ｂｕｃｋ變換器??１．１拓?fù)湓O(shè)計??圖１（ａ）為本文提出的輸人電壓前饋型三環(huán)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。??虛線框①為引人的輸人電壓前饋環(huán)節(jié)，即把輸人電壓信號，進(jìn)??行前向反饋控制；虛線框②將Ｗ組合型三環(huán)控制方式反饋??回路中的峰值電流反饋改為平均電流反饋；虛線框③為僅采??用Ｖｔ組合型三環(huán)控制方式中的一個輸出電壓反饋環(huán)節(jié)，由??此獲得了一種輸人電壓前饋＋輸出電壓反饋＋平均電流反饋??的三環(huán)控制方式。??１．２工作原理??在每個時鐘周期開始時，時鐘信號使鎖存器復(fù)位，功率開??關(guān)管Ｓ導(dǎo)通，此時外部反饋電路開始工作，采集輸出電壓信號??Ｖ。，?Ｖ。與參考電壓ＶＷ比較后經(jīng)誤差放大器輸出誤差信號Ｖ，，??然后■與采集的電感電流信號Ｖ，相減后經(jīng)電流積分器輸出??信號匕，匕信號與前向輸入電源電壓信號％經(jīng)過一個信號??處理器后輸出脈寬信號％，控制功率開關(guān)管Ｓ的導(dǎo)通與關(guān)斷。??與常規(guī)的ＶＴ三環(huán)控制方式相比，本文的信號采集處理最大??的不同點在于：將輸入電壓信號進(jìn)行前向反饋，減小了輸入電??壓經(jīng)后級

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]開關(guān)變換器及其控制環(huán)路的建模綜述[J]. 周國華,冷敏瑞,李媛,田慶新,鄧倫博.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2020(01)
[2]電壓型控制SIDO CCM Buck變換器的統(tǒng)一離散迭代映射模型及穩(wěn)定性研究[J]. 王瑤,許建平,周國華.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2018(09)
[3]基于V2控制方法雙Boost-Buck單一逆變器的風(fēng)光儲分布并網(wǎng)/孤島離網(wǎng)控制模式[J]. 希望·阿不都瓦依提,晁勤,王筱.  電工技術(shù)學(xué)報. 2016(22)
[4]阻抗源電流型變流器的基本原理和研究現(xiàn)狀[J]. 李大飛,郭文勇,全生財.  電工電能新技術(shù). 2016(08)
[5]V2控制Buck轉(zhuǎn)換器的預(yù)測無差拍控制器設(shè)計[J]. 陳晨,童喬凌,張僑,閔閏.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(04)
[6]恒定導(dǎo)通時間電容電流控制Buck變換器研究[J]. 張希,沙金,徐楊軍,許建平,陳興.  電工技術(shù)學(xué)報. 2015(23)
[7]開關(guān)變換器調(diào)制與控制技術(shù)綜述[J]. 周國華,許建平.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2014(06)
[8]V2C控制Buck變換器穩(wěn)定性分析[J]. 周國華,許建平,米長寶,金艷艷.  電工技術(shù)學(xué)報. 2011(03)



本文編號：3626447