单周控制dc-dc变换器的交流小信号模型与设计

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1、单周控制DC/DC变换器的交流小信号模型与设计

2、第1内容显示中摘要：以单周控制理论为基础，介绍了基本拓扑DC/DC变换器——Buck、Boost、BuckBoost在单周控制方式下的工作原理；建立了统一的控制方程；建立了这三种变换器在单周控制下的交流小信号模型，并给出了规范化的统一模型；以统一模型为基础，设计了一个Buck变换器。关键词：单周控制；变换器；模型；设计ACSmallSignalModelandDesignofOne-cycleControlledDC/DCConvertersDUXion

3、g,XIEPin-fang,SUXiang-fengAbstract:Basedontheone-cyclecontroltheorytheoperationprincipleofone-cyclecontrolledbasictoplolgyDC/DCconverters——Buck、Boost、Buck-Boostisintroduced,andthecanonicalcontrolequationsareproposed,too.TheACsmallsignalmodelsofthethreeco

4、nvertersareconstructed,andthecanonicalmodelisalsopresented.ABuckconverterisdesignedbasedonthecanonicalmodel.Keyouseg(this)">图1单周控制原理图在每一个开关周期中，假定Uref恒定。t=0时开关S1闭合，S2断开，对受控量进行积分；当t=DTs(Ts为时钟周期)时，比较器输出发生变化，使S1断开，S2闭合，积分器复位。开关函数为：500)this.style.ouseg(this)"

5、>这样就使得在每个时钟周期中，参考量与输入量满足以下关系:Uref=500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">x(t)dt由开关函数可以知道参考量与输出量的关系：Uref=500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">y(t)dt图2给出了输入量x(t)、输出量y(t)、积分器输出量uint、参考量Uref的示意图。输出量uint和参考量Uref在图2的最下面，Uref

6、为一直线。从图2中可以看出，输入信号x(t)被开关斩波形成输出信号y(t)。输出信号y(t)的频率和脉宽是与开关函数一致的；而输出信号y(t)的包络线与输入信号x(t)一致。占空比D为模拟控制参考信号Uref所调制。从而，达到了对控制变量平均值进行控制的目的。图2单周控制波形2.2单周控制DC/DC变换器的工作原理以单周控制理论为基础，将其应用到DC/DC变换器中。下面将对三种基本拓扑变换器——Buck、Boost、BuckBoost变换器在单周控制连续模式下的工作原理进行分析。三种变换器的输入－输出

7、关系分别为：Buck型：U=D·UgBoost型：U=Ug/(1－D)，将其整理得到U－Ug=D·UBuck-Boost型：U=－〔D/(1－D)〕Ug,将其整理得到U=D(U－Ug)式中Ug表示输入电压，U表示输出电压，D表示占空比。从上面的输入－输出关系中，可以看出，如果将等式左边的项当作单周控制方式中的参考量Uref,将等式右边的项当作受控量的周期平均值，则刚好与单周控制方式的控制方程相吻合。表1列出了这三种DC/DC变换器单周控制下的关系。3单周控制DC/DC变换器的交流小信号模型分步建立单周控

8、制DC/DC变换器的交流小信号模型,首先建立主电路部分的交流小信号模型,并且给出规范化的模型;然后建立单周控制部分的交流小信号模型,同样也给出规范化的模型;最后给出整体的规范化交流小信号模型。3.1主电路的交流小信号模型以Buck变换器为例，如图3所示。对于所讨论的物理量，进行去除开关纹波的处理。其基本思想是用一个开关周期内的平均值代替瞬时值。即u（t）≈〈u(t)〉Ts=500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">u(τ）dτ式中：T

9、s——开关周期；u（t）——任一物理量。图3单周控制Buck变换器原理图表1三种DC/DC变换器单周控制关系　BuckBoostBuckBoost参考量UU-UgU受控量UgUU-Ug控制方程U=500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">UgdtU-Ug=500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">Ud