數(shù)字控制開關(guān)DC-DC變換器瞬態(tài)特性的研究.pdf

1、本論文對開關(guān)DC-DC變換器的峰值電壓控制方式的數(shù)字算法及其改進(jìn)算法進(jìn)行了研究，有如下幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：一、采用四種調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)字峰值電壓控制算法；二、對數(shù)字控制器中存在的延時(shí)間題進(jìn)行了分析，提出了克服延時(shí)算法，進(jìn)行了仿真研究以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；三、對單次采樣在數(shù)字控制開關(guān)DC-DC變換器中應(yīng)用的局限性進(jìn)行了分析，并提出了將多采樣校準(zhǔn)技術(shù)用于開關(guān)DC-DC變換器用以提高瞬態(tài)性能；四、將冪函數(shù)形式的非線性補(bǔ)償運(yùn)用于數(shù)字峰值電壓控制Buck變換器的

2、應(yīng)用中，并對瞬態(tài)性能進(jìn)行了驗(yàn)證；五、對克服次諧波振蕩的斜坡補(bǔ)償算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，同時(shí)基于數(shù)字控制靈活性提出了占空比瞬態(tài)分量定位法，采用簡單的方式消除次諧波振蕩，并進(jìn)行了驗(yàn)證。 論文首先對數(shù)字控制技術(shù)在開關(guān)DC-DC變換器中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要的概述。在闡述模擬PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)制方式的基礎(chǔ)上，分別對單緣調(diào)制、雙緣調(diào)制進(jìn)行了研究。在不同的數(shù)字調(diào)制方式下，研究了數(shù)字峰值電壓控制的算法，基

3、于Buck變換器對不同調(diào)制方式的數(shù)字峰值電壓控制進(jìn)行了深入的研究。 由于數(shù)字環(huán)路中存在的采樣及運(yùn)算環(huán)節(jié)會(huì)占用一定的運(yùn)算資源，需要一些處理時(shí)間，因此引入了一定的延時(shí)。目前的研究結(jié)果表明，大多數(shù)的數(shù)字控制開關(guān)DC-DC變換器的應(yīng)用中，采樣所對應(yīng)的占空比在下一開關(guān)周期輸出，有的甚至在幾個(gè)周期后才輸出對應(yīng)的占空比，這相當(dāng)于在采樣與輸出之間有一個(gè)周期甚至更長的延時(shí)，這種由于數(shù)字運(yùn)算引入的采樣與對應(yīng)占空比之間的延時(shí)是數(shù)字控制中必然存在的。該

4、現(xiàn)象在開關(guān)DC-DC變換器的應(yīng)用中已經(jīng)得到了相應(yīng)的認(rèn)識，但是目前這方面的研究成果卻很少。環(huán)路中的延時(shí)對于瞬態(tài)性能的影響是必然的，因此克服該延時(shí)也是數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展急需解決的問題。論文中提出了克服延時(shí)算法，用于解決此問題。文中采用克服延時(shí)的算法對瞬態(tài)性能提高的仿真和實(shí)驗(yàn)，說明了算法的有效性。 克服延時(shí)算法克服了一個(gè)周期的運(yùn)算延時(shí)，但實(shí)際上擾動(dòng)在某個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)的位置是不確定的，而在開關(guān)DC-DC變換器的分析中都是假設(shè)其出現(xiàn)在周期初始

5、位置。本文考慮到擾動(dòng)出現(xiàn)的位置的不確定性，將多采樣算法用于數(shù)字控制器中。基于多采樣算法得到動(dòng)態(tài)參考電壓，對瞬態(tài)波形進(jìn)行校準(zhǔn)，用以提高數(shù)字控制器對擾動(dòng)檢測的實(shí)時(shí)性，使開關(guān)變換器的動(dòng)態(tài)性能得到提高。 非線性控制在開關(guān)變換器中已經(jīng)得到了運(yùn)用，結(jié)果表明非線性控制可以提高其瞬態(tài)性能。在這些傳統(tǒng)的應(yīng)用中，非線性算法受限于其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性及復(fù)雜電路的可靠性問題。本文充分利用數(shù)字控制的靈活性，引入了非線性的補(bǔ)償算法，依據(jù)誤差分區(qū)設(shè)置非線性的比例放

6、大系數(shù)，減小積分環(huán)節(jié)的延時(shí)影響，以提高變換器的瞬態(tài)性能。 對克服次諧波振蕩的問題進(jìn)行了研究，首先是將傳統(tǒng)的斜坡補(bǔ)償方式進(jìn)行數(shù)字化，得到了數(shù)字斜坡補(bǔ)償算法；另外基于數(shù)字控制的靈活性，提出了占空比分量重定位法，采用簡單的方式消除次諧波振蕩。 為了分析數(shù)字控制開關(guān)變換器的頻率特性，采用雙線性變換方法，得到了開關(guān)變換器主電路的數(shù)字模型。通過將數(shù)字算法進(jìn)行小信號分析，得到整個(gè)系統(tǒng)的模型。通過模型比較，驗(yàn)證了瞬態(tài)分析的相關(guān)結(jié)果。