DC-DC变换器的电流控制方式课件.ppt

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1、第4章DC/DC变换器的电流控制方式4.1简介4.2峰值电流控制中的次谐波振荡4.3峰值电流控制下的一阶模型4.4峰值电流控制下的精确模型4.5DCM下的峰值电流控制4.6平均电流控制4.7小结1.峰值电流控制在峰值电流控制中，器件峰值电流值取代了占空比信号作为控制输入。4.1简介峰值电流控制特点：动态特性简单可控，电感极点转移至高频段；输出电压控制精度提高，具有大的相角裕度，无需采用超前补偿网络；必须采集半导体器件的电流信号，该信号还可作为过流保护输入得到更好的控制性能；通过对峰值电流的控制输入ic(t)的调节，便可限

2、制开关器件的最大峰值电流；桥式、推挽式变换器中常见的变压器磁饱和问题得到解决；具有对噪声敏感的缺点。4.1简介2.平均电流控制在平均电流控制中，通常选取电感电流作为反馈信号，由于电感电流中含有大量的纹波及开关谐波，通常采用串联电阻或霍尔电流传感器。4.1简介平均电流控制的特点：该模式实际上就是我们常说的双环控制系统；引入电流反馈，可以提高系统的稳态和动态性能。任何一种扰动，都会形成同步的电感电流变化，这样就可以通过电流传感器使电流内环开始进行调节，而无须像电压单环控制方式中等到输出电压发生变化才开始工作；限制功率开关器件

3、的最大电流值，在双环系统中，由电压控制器的输出信号vcp提供最大电流的限制信号，限制功率开关管的最大电流或平均电流，实现了过流保护；多个开关变换器并联运行时，可以采用单电压环，多电流内环的工作方式，电压环向电流环提供相同的参考信号vcp，实现并联均流的效果；电流内环的引入扩展了系统输入电压的范围，允许输入电压有较大的交流成分，减小了对输入滤波电容的依赖，提高了系统的性能；改善开关调节系统的稳定性，电流环的控制对象为一阶积分环节，所以电流环具有很好的稳定性，同时整个内环系统对外等效为一个恒流源特性，对于外环电压环节亦可等效

4、为一个单极点系统，因此电压控制环的相位裕度大，提高了系统的稳定性。4.1简介观察下面CCM下的电感电流波形：其中的电感电流斜率m1和-m2Buck变换器：Boost变换器：Buck-Boost变换器：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡稳态下：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡对电感电流进行扰动：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡局部放大：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡因此，稳定条件为：当当4.2峰值电流控制中的次谐波振荡例：D=0.6时，不稳定运行4.2峰值电流控制中的次谐波振荡D=1/3时，系统稳定运行4.2峰值电流控制中

5、的次谐波振荡引入斜坡补偿消除次谐波振荡：Q1关断条件变为：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡引入斜坡补偿后的稳态电感电流波形：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡4.2峰值电流控制中的次谐波振荡扰动前扰动后引入斜坡补偿后的稳定性分析：由图可知一个完整的开关周期后的稳定性分析：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡特征值a可写为：可见：为保证系统稳定，需要

6、a

7、<1；在Buck和Buck-Boost变换器中，由于m2=-v/L，因此如果保证输出电压v稳定则m2也稳定；我们通常选择ma=0.5m2，因此当D=1时，a=-1，当0≤D<1

8、时，

9、a

10、<1，使a尽量小可以保证所有占空比下系统的稳定性；有时我们可以选择ma=m2，这将导致当0≤D<1时，a=0。4.2峰值电流控制中的次谐波振荡未加斜坡补偿前：当在电流控制值上存在小扰动时，便会在占空比上产生一个较大的扰动：4.2峰值电流控制中的次谐波振荡加入斜坡补偿后，减轻了噪音产生的扰动：由于增益降低，因此同样的控制电流输入扰动产生的占空比扰动相对要小。4.2峰值电流控制中的次谐波振荡包含电压外环的峰值电流控制系统框图：4.3峰值电流控制下的一阶模型忽略电感电流开关纹波和斜坡补偿对系统的影响，则会有：当变换器

11、处于CCM模式且稳定时，由于开关纹波很小且斜坡补偿幅值也很小，因此该等效精确度很高。扰动量同时成立：基于该假设，由于电感电流不再是一个独立的状态变量，在小信号传递函数中，它不再会产生一个极点，从而系统将简化为一阶系统。4.3峰值电流控制下的一阶模型1.一阶近似模型(CCM下的Buck-Boost变换器)4.3峰值电流控制下的一阶模型由以上已知的Buck-Boost小信号交流模型，可得到占空比控制的数学模型：4.3峰值电流控制下的一阶模型假设初始条件为零状态，进行Laplace变换，可得：由假设条件：带入电感公式，解得占空

12、比关系式，由于此时控制输入为ic，因此占空比只是一个中间变量。4.3峰值电流控制下的一阶模型消去中间变量d(s)：合并化简同时应用稳态变量关系，可得：4.3峰值电流控制下的一阶模型对于输入端口，由：可得其等效电路：4.3峰值电流控制下的一阶模型对于输出端口，由：可得其等效电路：节点4.3峰值电流控制下的一阶模型下面给