Buck变换器阻尼输入滤波器的设计

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1、·曹力曹多《电气应用》2006年第25卷第11期Buck变换器阻尼输入滤波器的设计张东辉1,2何迪飞’,2严萍‘(1.中国科学院电工研究所1000802.中国科学院研究生院100039)摘要介绍了利用Middlebrook’sextraelementtheorem滤波器设计准则对Buck变换器阻尼L一C输入滤波器进行设计的具体步骤。无阻尼输入滤波器可能使变换器系统不稳定或者振荡。阻尼输入滤波器尽管有多种形式,但是有些并不实用。本文对实用阻尼输入滤波器进行了具体设计。虽然以Buck变换器为基础进行分析设计,对于其他DC一DC变换器同样适用。关键词输入滤波器Buck变换器e

2、xtraelementtheorem具有输人滤波器的开关电压调节系统如图11引言所示。变换器功率级的控制一输出传递函数如下在电力电子领域,L一C输人滤波器具有阻尼C,‘(5)=妙。(气,5)二0(1)特性,对于由占空比或者电流模式控制的DC一DC变换器是非常必要的〔’一7〕,它能够避免反馈环路的不稳性[’,2,4,5〕。在某些低谐波整流电路中同样需要输人滤波器,在这种情况下,滤波器的阻尼特性能够避免变换器控制系统的性能下降。具有阻尼特性的输人滤波器的体积和费用可能会大大的增加。因此,许多设计阻尼滤波器的有效方法已经被提出医,,7〕。本文主要应用。xtra图1带有输人滤波

3、器的开关调节系统elementtheorem[9,’0](简称EET)对Buck变换器2。(:)为输人滤波器的戴维南等效输出阻抗。的阻尼输入滤波器进行设计。2;(s)为变换器的输人阻抗。把石9(:)设为零,图2输入滤波器的设计准则1可简化为图2。当没有输入滤波器「2。(,)二0]时,传递函数为‘,‘(,)Izo(。)二。。当加人输入滤当利用反馈环路调节变换器输出特性时,相波器时,根据EET,C,‘(5)为对于输人端口,变换器表现为额定功率负载阁。卜月5.卜-一一﹂/‘﹃输人端口等效电阻为负。如果滤波器不具有阻尼N、1占-1一一卜。c。‘(:)二(c,‘(5)1:。(:)

4、一。)5.(2)卜。特性,负电阻与L一C输人滤波器相连可能会引起-号-一了D,5电路振荡[6j。、.(:)变换器及其控制系统的动态特性使输入滤波‘+宕书)器的稳定性问题更加复杂。文献〔1〕提出由占式中为校正因数。空比控制的变换器输人滤波器的设计准则。本文’1·奇ZD错主要利用Miadlebrook’。。xtraelementtheorem[’0]设计Buck变换器的输人滤波器。开关变换器中加人输人滤波器可能会明显地20(5)改变环路增益T(:)。而T(:)主要由变换器的控制一输出传递函数‘,d(:)决定。因此,设计不改变传递函数‘,‘(:)的输人滤波器是非常必要的。EE

5、T提供了设计该输人滤波器的准则。图2控制一输出传递函数‘。d(:)《电气应用》20(拾年第25卷第11期Buck变换器阻尼输人滤波器的设计zD(。)为变换器开环输人阻抗输出滤波器的谐振频率fo为2。(:)=21(:)}。(:)二。(3)fo二~一上一(7)2二勺仃万zN(,)为变换器控制环路在理想状态下工作按照图3a中的值可以求得谐振频率fo二时变换器的输入阻抗。1.6kHz。谐振频率处的特征阻抗为R。,等效到变ZN(‘)二21(,)1;(·)翩(4)压器一次侧为由式(2)可知,当输人滤波器满足如下不了0、、.0.等式时,‘,‘(,)将不会受到严重影响今=奋格=4、产}

6、}2。(j。)1}<<1}ZN(j。)}.29、1忆、1}2。(j。)1}<<1}ZD(j。)}(5)。=瓷二*得=3尹不等式(5)限制了输人滤波器的最大输出阻在谐振频率处}}zD(;)}}的值为(4。)/3二抗,为输人滤波器的设计提供了实用准则。1.33。。高频时}zD(j。)}由输出滤波电感决定。3无阻尼输入滤波器对Buck变换器影响2袱。)由式(4)决定。调节a(:)使输出电压公(;)为零,这时输入阻抗2、(;)即为llzN(。)11。如图3a为具有L一C输人滤波器的Buck变换器。图4b所示,千zN(,)1可以表示为图3b为其小信号模型等效电路。利用式(2)来研

7、,,、,:·。:(5),.究由于输入滤波器的加人对控制一输出传递函数的乙N、占j=杏万万不1,一.~。(10)‘test、西产n吐影响。由图4b可以得到输人滤波器变换器叫卫梦旦)RZN(。)=,(后(。))D2(11)帐30V这里使用了稳态关系1二DV了R简化上述结果。}zN(j。)}}与}}zD(j。)}的低频渐近线一致(见图6)。D州〕_5接下来计算滤波器输出阻抗(a)变换器电路2。(s)。当独立输人源。9(。)为零时,输人滤波器变换器模型Lf输人滤波网络简化为图5,所以330pH}!{一2。(:)=sLf日土(12)「飞笋一”一”s

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