PSM开关变换器的平均模型与特性分析

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1、2005年3月电工技术学报Vol.20No.3第20卷第3期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMar.2005PSM开关变换器的平均模型与特性分析罗萍李肇基熊富贵陈光礻禹（电子科技大学微电子与固体电子学院成都610054）摘要本文首次建立了PSM（PulseSkippingModulation）调制模式下开关变换器的状态空间平均模型。基于此模型，计算并分析了PSM开关变换器在电流连续（CCM）和电流断续（DCM）两种工作模式下的频率特性、响应速度，输出电压

2、纹波及效率等特性。与PWM调制模式相比较，PSM调制模式响应速度更快，效率特别是低负载下更高，该模式下的边频效应有利于EMI峰值抑制，因此PSM是一种良好的调制模式,特别适用于高频、轻载系统。关键词：PSM调制模式开关变换器状态空间平均模型特性分析中图分类号：TM46AverageModeofPSMSwitchingConverterandAnalysisofItsCharacteristicsLuoPingLiZhaojiXiongFuguiChenGuangju(UniversityofElectro

3、nicScienceandTechnologyChengdu610054China)AbstractThispaperfirstestablishesthestatespaceaveragemodeofPSMswitchingconverter.Basedonthismode,thefrequencycharacteristic,responsespeed,rippleofoutputvoltageandtheefficiencyoftheconverterareanalyzed.Comparedwith

4、PWM,PSMconverterhasfasterresponsespeedandhigherefficiency.AnditssidefrequencyspectrumisbeneficialtocompressEMIpeakvalue.ItisshownthatPSMisagoodmodulationmodeforswitchingconverter,especiallyinhighfrequencyandlowloadsystems.Keywords：PSM(PulseSkippingModulat

5、ion)，switchingconverter，statespaceaveragemode，analysisofcharacteristics为例，分析了Buck变换器的响应速度以及稳态输1引言出电压的纹波、效率等特性。与PWM调制模式相开关变换器正朝着高效化、小型化方向发展，比，PSM变换器具有响应速度更快，轻中载下效率尤其是中小功率变换器正逐步向单片化发展。减少更高的优势，且该模式下的边频效应可改善变换器功率管的开关次数是提高开关变换器效率的有效方的EMI特性，因此PSM是一种良好的调制模式，法。PF

6、M较PWM效率更高，但其后的滤波电路设特别适用于高频、低负载系统。计复杂。本文作者提出了一种新的开关变换器跨周2开关变换器的跨周期调制（PSM）模式[1]期调制模式（PSM）的概念和方法。本文在文献[1]的基础上，对PSM开关变换器进行了深入的研跨周期调制模式PSM异于当今流行的“恒频变究，进一步讨论了PSM控制信号的频谱特性，首次宽”（CFVW）的PWM控制模式，它是基于采用“恒建立了PSM调制模式下，开关变换器在电流连续频恒宽”(CFCW)的脉冲控制信号去控制开关变换器中[5]（CCM）和断续（DCM

7、）两种工作模式下的状态空功率管的导通与截止工作状态的一种新调制模式。间平均模型。基于状态空间平均法，以Buck电路当输出电压值低于设定输出时，PSM波恒为固定频率固定脉宽的脉冲控制信号，当以Buck变换器为收稿日期2004-01-12改稿日期2004-12-23例，其调制模式如图1所示，图1a为Buck电路，20电工技术学报2005年3月其中VS、VO分别为电路输入、输出电压，Vp为开由于这种边频效应的存在，使得PSM控制模式有助[3]关功率管控制信号，Clock为时钟脉冲信号；图1b于抑制变换器的EMI

8、峰值。为时钟控制信号和跨周期(PSM)控制信号示意图，同时附上PWM控制信号以示比较。图1跨周期调制原理图Fig.1Schematicofpulseskippingmodulationmode图2脉冲控制信号的频率特性设时钟控制频率为fmax=1/T，T为时钟控制信号Fig.2Frequencycharacteristicofpulsecontrolsignals的周期。根据不同输出电压的要求，开关功率管的3PSM变换器状态空