电压控制型Buck DC-DC变换器输出阻抗优化设计研究

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1、电压控制型BuckDC/DC变换器输出阻抗优化设计研究StudyofoutputimpedanceoptimizationforvoltagemodecontrolbuckDC/DCconverter南京航空航天大学王建华，陈小平，张方华，龚春英Email:zjnjgcy@nuaa.edu.cn摘要：本文提出了电压控制型Buckdc/dc变换器最优截止频率f选择，在此基础上给出了电压控制型Buck变换器c输出阻抗的优化设计准则：采用PI调节器或单极点双零点补偿器，当截止频率满足最优截止频率f选择时，能够

2、有效c抑制输出阻抗尖峰,从而确保系统良好的稳定与动态性能。实验结果验证了理论分析的正确性。Abstract：Thispaperpresentsanoptimumcut-offfrequencyforvoltagemodecontrolbuckdc/dcconverter,andacriterionforoutputimpedanceoptimizationisgivenasfollows:withPIcontrollerorsingle-pole-double-zerocontroller,thepea

3、kofoutputimpedanceisrestrainedeffectivelybasedontheoptimumcut-offfrequencycompensation,whichensuresgoodstabilityanddynamicperformanceofconverters.Experimentalresultsverifiedthetheoreticalanalysis.关键词：输出阻抗；Buck变换器；截止频率；电压型控制KeyWords：Outputimpedance；buckco

4、nverter；cutofffrequency；voltagemodecontrol0引言变换器之间的相互作用是直流分布式电源系靠工作。本文首先给出了PWMDC/DC变换器的小统设计与实现不可回避的问题之一。对于DC/DC变信号模型，基于该模型推导了Buck变换器开环输换器而言，通常DC/DC变换器都工作在某一恒定出阻抗传递函数。根据传递函数的特点，结合不同输入输出电压，存在着稳定工作点，因此小信号模补偿网络的设计，提出输出阻抗标准化设计准则。型线性化的手段是可行的。通过对平均线性化模型最后以稳压输出电

5、压控制型PWMBuck变换器为在某一稳定工作点附近作小信号扰动线性化处理，实验平台，对输出阻抗进行优化设计与验证，给出获得变换器在频域的输入输出阻抗模型，进而基于相应的实验波形，其与理论分析计算基本一致，验[1]Nyquist判据或Middlebrook阻抗比判据，可以证了本文提出的观点。分析系统集成后对变换器稳态与动态性能的影响。自上世纪70年代以来，基于Middlebrook阻1.理论分析抗比判据及其改进发展而来的各种判据，逐渐被用于指导滤波器与DC/DC变换器、DC/DC变换器与在直流分布式式电源

6、系统中，级联变换器是DC/DC变换器、滤波器与PFC整流器以及PFC整最为常见的形式之一。从本质上来讲，通过约束变流器与DC/DC变换器系统设计，但诸多研究结果换器输入输出阻抗，确保全频段内前级源变换器输[2-6]大多仅给出一些定性结论，尚没有系统地给出出阻抗远小于后级负载变换器输入阻抗即可。考虑定量设计标准来指导变换器设计。考虑到变换器的到变换器开环输入输出阻抗取决于主电路设计参输入输出阻抗模型的幅频相频特性，取决于变换器数，闭环输入输出阻抗受到环路增益约束，且与变主电路参数与控制环路参数，恰巧可以与

7、主电路参换器控制方式关系密切，需要探讨变换器不同控制数设计以及控制器补偿设计并行进行，从而从源头方式下，闭环阻抗与环路增益的关系。解决系统的稳定性与动态性能的问题。在此基础上，本文试图从定量的角度对电压控制型(VMC)PWM控制BuckDC/DC变换器的输出阻抗作标准化定量规范，确保系统集成后稳定可QTLRiiEioVORCROVDHviCGateuuoRDriverTivCR21FmGvR1Vrefd(a)Buck电路框图图1DC/DC变换器简化电路框图isˆo()usˆ()oFig.1TheSimp

8、lifiedblockofdc/dcconvertersZo()s如图1所示。图中ui为输入电压，ii为输入Gsvd()电流，uo为输出电压，io为输出电流，d为占空Kv()s比信号。电压、电流和占空比等均可用其稳态分量dsˆ()和交流小信号分量之和来表示：uUuiii=+ˆ、usˆref()Fm()sGsv()uUuooo=+ˆ、dDd=+ˆ、iIiooo=+ˆ、iIiiii=+ˆ。将uˆiiˆodˆuˆoiˆi(a)Buck小信号模型、