电荷控制多相交错并联Buck变换器研究

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1、国内图书分类号：TM46密级：公开国际图书分类号：621.314西南交通大学硕士研究生学位论文电荷控制多相交错并联Buck变换器研究年级二〇一五级姓名胡文伟申请学位级别硕士专业电气工程指导教师周国华教授二〇一八年六月ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.314SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONCHARGECONTROLLEDINTERLEAVINGBUCKCONVERTERGrade:2015Cand

2、idate:WenweiHuAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.GuohuaZhouJune,2018西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：一、以应用于脉冲电流源场合的交错并联Buck变换器为对象，建立了峰值电流控制与电荷控制的小信号模型，并对两者进行了统一。在统一小信号模型的基础上，推导了两种控制方法的控制—输出、输出阻抗的传递

3、函数；通过频域分析与时域分析相结合的方式，对比分析了两种控制方法的稳定性和瞬态性能。从理论上证明了电荷控制比峰值电流控制具有更宽的稳定范围和更快的输出瞬态响应速度，并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。二、将基于脉冲宽度调制的调光策略与电荷控制交错并联Buck变换器相结合，使变换器输出脉冲形式的输出电流。通过仿真和实验，对比分析了变换器在两电平调光策略和开关管调光策略下的瞬态性能，结果表明：在两电平调光策略下，变换器输出电流的上升/下降过程平稳缓慢；在开关管调光策略下，变换器输出电流的上升/下降

4、过程迅速，但上升过程有轻微过冲。三、针对交错并联Buck变换器的不均流现象，通过推导电荷控制交错并联Buck变换器的电感电流平均值表达式，分析了产生不均流现象的原因。采用同步开关管零电压导通(ZeroVoltageSwitch,ZVS)的均流控制方法，在一定条件下减小了各相电感电流平均值之间的差异。针对同步开关管ZVS均流控制方法在并联电容值较小时重载均流效果不高的缺点，提出了一种改进的同步开关管ZVS均流控制方法，进一步改善了变换器在轻载和重载情况下的均流效果。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是

5、在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要以脉冲电流供电的负载要求供电电源具有高稳流精度、快速的负载瞬态响应、低输出电流/电压纹波和大电流输出等特性。多相交错并联Buck变换器因其拓扑结构所具有的优势，在脉冲电流源领域得到了广泛应用

6、。将多相交错并联Buck变换器与合适的控制方法相结合，可使变换器具有优越的瞬态性能和稳定性，满足负载对供电电源的要求。因此，研究应用于脉冲电流源场合的多相交错并联Buck变换器及其控制技术具有重要意义。本文将电流型控制与交错并联Buck变换器相结合，分别建立了峰值电流控制与电荷控制的小信号模型，并根据两者小信号模型的异同，提出了这两种控制技术的统一小信号模型。在统一小信号模型的基础上，通过频域分析与时域分析相结合的方式，对比分析了这两种控制方法下变换器的稳定性和瞬态性能，从理论上证明了电荷控制比峰

7、值电流控制具有更宽的稳定范围和更优的瞬态性能。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。本文将基于脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)的调光策略与电荷控制交错并联Buck变换器相结合，使变换器输出具有快速上升沿/下降沿的脉冲电流。分析了两种PWM调光策略(两电平调光策略和开关管调光策略)下变换器的工作原理；并通过仿真和实验结果对比分析了变换器采用这两种调光策略的瞬态性能。研究结果表明：在两电平调光策略下，变换器输出电流的上升/下降过程平稳缓慢；在开关管调光策略下，变换器

8、输出电流的上升/下降过程迅速，但上升沿有微小过冲。最后，为了抑制电荷控制交错并联Buck变换器中的不均流现象，本文推导了包含开关管导通电阻、积分电容等参数的电感电流平均值表达式，分析了产生不均流现象的原因。将同步开关管零电压导通(ZeroVoltageSwitch,ZVS)的均流控制方法与电荷控制交错并联Buck变换器相结合，详细介绍了其工作原理，并对其进行了仿真分析。在同步开关管ZVS均流控制方法的基础上，针对并联电容小和重载条件下均流效果不高的缺陷，提出了一种改进的同步开关管Z