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          峰值電流控制的非理想直流變換器的建模

          作者: 時間:2012-03-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:應(yīng)用電路平均的新方法建立了非Buck-Boost的小信號模型,考慮了功率管的開通電阻、二極管的正向壓降和正向電阻、電感的等效串聯(lián)電阻、電容的等效串聯(lián)電阻。在此基礎(chǔ)上,進一步推導(dǎo)了此電路在下的等效功率級的精確模型,此模型適用于電感脈動較大,存在斜坡補償?shù)那闆r,比一階模型具有更高的精度。 敘詞:模式 小信號 Abstract:A equivalent circuit model of non-ideal buck-boost converter is derived, using the circuit averaging method. All parasitic components, such as the transistor on-resistance, the diode forward voltage drop and the ESR of the inductor and the capacitor are considered. Based on this, we derived a precise model of this circuit under the peak current controlling mode. This model is suitable for the situation when the ripple of inductance current is big and considering the slope compensation, and has a higher precision comparing to one order model.The model can be used to design the voltage loop. Keyword:peak current mode small singal modeling non-ideal converter
          1 引 言
          開關(guān)的高頻化、軟開關(guān)技術(shù)、新的技術(shù)給開關(guān)變換器的帶來了許多亟待解決的問題,以往變換器的一些化假設(shè)將產(chǎn)生嚴(yán)重的偏差。尤其在大電流場合,在建模時,必須考慮開關(guān)器件的寄生參數(shù),如功率開關(guān)的開通電阻、二極管的正向?qū)娮韬驼驅(qū)妷旱取?
          電流具有限流保護功能,提高了可靠性,可以防止在推挽、橋式電路中的變壓器磁心飽和問題,得到了廣泛應(yīng)用。由于其PWM信號調(diào)制方式與一般的產(chǎn)生方式不同,必然會對動態(tài)性能產(chǎn)生影響,為研究其動態(tài)性能,需為其建立動態(tài)模型。
          本文借鑒三端開關(guān)器件模型法、時間平均等效電路法、能量守恒法的基本思想,以基于峰值電流控制的Buck-Boost變換器為例,研究了非理想變換器在峰值電流模式下的電路平均建模的方法,推導(dǎo)出了電流控制環(huán)的精確模型。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/177652.htm

          2 非理想Buck-Boost小信號模型建立

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          20080312152538832.jpg (a)理想Buck-boost電路

          20080312152539335.jpg (b)考慮寄生參數(shù)的等效電路

          圖1 Buck-boost變換器

          2.jpg

          20080312152559751.jpg

          圖2 非理想Buck-Boost大信號模型

          圖1(b)中的虛線所示的理想開關(guān)分別用圖2中所示

          的受控電流源和受控電壓源代替[1],得到非理想Buck-Boost在連續(xù)工作模式下的大信號平均模型。受控電流源和受控電壓源的值是周期內(nèi)的平均值。

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          簡化后的大信號平均模型如圖3所示。

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          圖3 簡化后的Buck-Boost大信號平均模型

          為了進一步簡化模型,用理想變壓器取代受控電流源和受控電壓源,得到大信號平均模型圖4所示。

          20080312152606941.jpg

          圖4 用理想變壓器等效的大信號平均模型

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          圖5 非理想Buck-boost小信號模型

          3 峰值電流控制環(huán)的精確模型

          為了設(shè)計峰值電流模型的電壓外環(huán),必須先建立電流內(nèi)環(huán)的交流小信號模型,即包括電流環(huán)在內(nèi)的新功率級的模型。通常所建立的一階模型忽略電感電流紋波和斜坡補償電流,因此適用于電感電流紋波較小,同時斜坡補償電流紋波較小的場合。

          本文研究電感電流紋波較大,存在斜坡補償時的電路模型。它具有更高的精度。

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          圖6 電感電流與控制電流的關(guān)系

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          由Buck-Boost的小信號模型可以得到峰值電流控制模式的小信號交流平均模型如圖7所示。

          20080312152634896.jpg

          圖7 峰值電流模式的小信號平均模型

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          至此,得到等效功率級控制到輸出的傳遞函數(shù)。等效功率級就可以被看作電壓外環(huán)的控制對象,是設(shè)計電壓外環(huán)的基礎(chǔ)。

          4 結(jié)論:

          本文在建立非理想變換器的小信號模型的基礎(chǔ)上,確立了峰值電流控制環(huán)的精確模型,考慮了電感電流紋波和人工斜坡補償?shù)挠绊?,比一階模型具有更高的精度。推導(dǎo)出的等效功率級的控制到輸出的傳遞函數(shù)為環(huán)路的穩(wěn)定性分析提供了依據(jù)。建模的方法也適用于其他變換器。

          參考文獻

          [1] Xu jianping,Modeling of switching DC-DC converters by time averaging equivalent circuit approach. Part 1. Continuous conduction mode, International Journal of Electronics,1993,Vol.74, No.3, 465~475.

          [2]Unitrode Application Note. Modeling Analysis and Compensation of the Current-model converter, handbook 1993~1994, Unitrode.

          [3]歐陽長蓮,DC-DC開關(guān)變換器的建模分析與研究,南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文,2004,35~39.

          [4]張衛(wèi)平,開關(guān)變換器的建模與控制,北京,中國電力出版社,2006.

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