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1、開關(guān)電源的小信號(hào)模型及環(huán)路設(shè)計(jì)開關(guān)電源的小信號(hào)模型及環(huán)路設(shè)計(jì)文章作者:萬山明吳芳摘要:摘要:建立了Buck電路在連續(xù)電流模式下的小信號(hào)數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)穩(wěn)定性原則分析了電壓模式和電流模式控制下的環(huán)路設(shè)計(jì)問題。關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:開關(guān)電源;小信號(hào)模型;電壓模式控制;電流模式控制引言引言設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能的開關(guān)電源時(shí),控制環(huán)路的設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)部分。而環(huán)路的設(shè)計(jì)與主電路的拓?fù)浜蛥?shù)有極大關(guān)系。為了進(jìn)行穩(wěn)定性分析,有必要建立開關(guān)電源完
2、整的小信號(hào)數(shù)學(xué)模型。在頻域模型下,波特圖提供了一種簡單方便的工程分析方法,可用來進(jìn)行環(huán)路增益的計(jì)算和穩(wěn)定性分析。由于開關(guān)電源本質(zhì)上是一個(gè)非線性的控制對(duì)象,因此,用解析的辦法建模只能近似建立其在穩(wěn)態(tài)時(shí)的小信號(hào)擾動(dòng)模型,而用該模型來解釋大范圍的擾動(dòng)(例如啟動(dòng)過程和負(fù)載劇烈變化過程)并不完全準(zhǔn)確。好在開關(guān)電源一般工作在穩(wěn)態(tài),實(shí)踐表明,依據(jù)小信號(hào)擾動(dòng)模型設(shè)計(jì)出的控制電路,配合軟啟動(dòng)電路、限流電路、鉗位電路和其他輔助部分后,完全能使開關(guān)電源的性能
3、滿足要求。開關(guān)電源一般采用Buck電路,工作在定頻PWM控制方式,本文以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。采用其他拓?fù)涞拈_關(guān)電源分析方法類似。1Buck電路電感電流連續(xù)時(shí)的小信號(hào)模型電路電感電流連續(xù)時(shí)的小信號(hào)模型圖1為典型的Buck電路,為了簡化分析,假定功率開關(guān)管S和D1為理想開關(guān),濾波電感L為理想電感(電阻為0),電路工作在連續(xù)電流模式(CCM)下。Re為濾波電容C的等效串聯(lián)電阻,Ro為負(fù)載電阻。各狀態(tài)變量的正方向定義如圖1中所示。S導(dǎo)通時(shí),對(duì)電感
4、列狀態(tài)方程有L(dildt)=Uin-Uo(1)S斷開,D1續(xù)流導(dǎo)通時(shí),狀態(tài)方程變?yōu)長(dildt)=-Uo(2)式(9)減式(8)得iLReC(dildt)=1Ro(Uo+CRo(dUodt))(10)將式(10)進(jìn)行拉氏變換得iL(s)=(Uo(s)Ro)[(1sCRo)(1sCRe)](11)一般認(rèn)為在開關(guān)頻率的頻帶范圍內(nèi)輸入電壓是恒定的,即可假設(shè)=0并將其代入式(5),將式(5)進(jìn)行拉氏變換得sLiL(s)=d(s)Uin-Uo
5、(s)(12)由式(11),式(12)得Uo(s)d(s)=Uin[(1sCRe)(s2LCs(ReCLRo)1](13)iL(s)d(s)=[(1sCRo)s2LCs(ReCLRo)1]UinRo(14)式(13),式(14)便為Buck電路在電感電流連續(xù)時(shí)的控制-輸出小信號(hào)傳遞函數(shù)。2電壓模式控制(電壓模式控制(VMC)電壓模式控制方法僅采用單電壓環(huán)進(jìn)行校正,比較簡單,容易實(shí)現(xiàn),可以滿足大多數(shù)情況下的性能要求,如圖2所示。圖2中,當(dāng)
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