考虑电感电阻的Buck变换器电容参数提取方法

电解电容是开关电源中高故障率的元件之一,等效串联电阻(Equivalent series resistance,ESR)和电容值C是反映电容可靠性主要指标,因此实时监测ESR和C的变化对提高系统可靠性具有重要意义.提出一种考虑电感电阻的无电流传感器的在线监测Buck变换器输出电容ESR和C的方法,推导了考虑电感电阻时Buck变换器电容参数ESR和C的在线计算公式.仿真计算结果表明:所提方法能够精确的在线实现ESR和C的提取.     

降压型DC/DC(Buck)变换器性能的仿真研究

为了解决降压型DC/DC变换器的器件选择及参数的最优化设计问题,基于Buck变换器建立了一种数学模型,然后利用PSpice软件对其进行了仿真,并根据仿真结果研究了电路的暂、稳态过程及性能。结果表明:暂态阶段电流和功率较大,稳态输出电压的大小受到电路电感元件和负载阻抗等器件参数的控制。     

电力系统等值阻抗的在线估计法

变电站母线处的系统戴维南等值电路是电力系统规划与运行的重要参数。提出一种利用各变电站母线的稳态电压电流测量值,在线估计正序和零序戴维南等值电路阻抗的新方法。此方法可应用于各种负荷工况,不向系统注入扰动信号,且该方法不需要同步采样数据,因此不受系统频率变化的影响。仿真分析和现场测量数据表明此方法可准确实现系统阻抗参数的在线估计。     

一种在线计算系统阻抗的新方法

变电站母线处的系统戴维南等值电路是电力系统规划与运行的重要参数。本文提出一种利用各变电站母线的稳态电压电流测量值,在线估计正序和零序戴维南等值电路阻抗的新方法。此方法可应用于各种负荷工况,不向系统注入扰动信号,且该方法不需要同步采样数据,因此不受系统频率变化的影响。仿真分析和现场测量数据表明此方法可准确实现系统阻抗参数的在线估计。     

Modeling and Dynamic Analysis of Fractional-Order Buck Converterin Continuous Conduction Mode

电流电感连续模式下分数阶Buck变换器的建模与动力学分析

丁大为,李宗智,王年

（安徽大学 电子信息工程学院,合肥 230601）

创新点说明：

1）本文基于分数阶理论以及实际电容和实际电感在本质上是分数阶的事实,建立电感电流连续模式下Buck变换器的分数阶数学和分数阶状态平均模型,并进行理论分析,给出Buck变换器运行于电感电流连续模式下的参数条件。

2）建立运行于电感电流连续模式下Buck变换器的分数阶数值仿真模型和电路模型,并进行数值和电路仿真分析,以验证分数阶建模与理论分析的正确性,研究发现分数阶数对变换器各个参数（如电感电流,输出电压,纹波等）都有较大影响。

3）建立电流控制型Buck变换器模型,并对其动力学行为进行分析,研究发现分数阶数会影响变换器的分岔点,对其动力学行为有较大影响。

综上所述,由于实际电感和实际电容在本质上是分数阶的事实,若仍然采用整数阶模型描述电感电流连续模式下的Buck 变换器将会得出错误的结论。因此,应建立能真实反映电感电流连续模式下Buck变换器动力学行为的分数阶模型。

关键词：Buck变换器,分数阶,电流电感连续模式（CCM）,建模,动力学分析,分岔点

     

电路参数变化引起的DC-DC变换器混沌现象的仿真研究

以工作在电感电流连续模式下的PWM型降压式DC DC变换器为研究对象,对其在不同电路参数下的工作行为及其输出特性进行了深入研究。以滤波电容作为变化参数,通过分叉图上的一系列倍周期分叉及u i相空间图上的一系列周期轨道,揭示了DC DC变换器由稳态到混沌态的变化规律。从而证明了电路元件参数的变化可导致DC DC变换器出现混沌行为。并在时域和频域上分别对DC DC变换器从稳态到混沌态的输出电压特性进行了分析,总结了变换器的输出谐波电压从周期1至混沌态在频域上的变化规律,为今后DC DC变换器的优化设计提供了理论依据。     

基于状态反馈精确线性化Buck变换器的微分平坦控制

针对Buck变换器由于输入电压和输出电流等外部扰动及电路参数摄动等不确定因素引起系统输出电压变化的问题,提出一种基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法。根据状态空间平均方程建立了变换器的仿射非线性模型,通过坐标变换推导出状态反馈控制率。在状态反馈精确线性化模型基础上,设计了微分平坦控制器,同时将扰动观测器嵌入控制器中,进一步提高了系统对电路参数摄动和外部扰动等内外干扰的处理能力。最后应用灵敏度理论分析了变换器的稳定性,可知减小电感量、增大电容值有利于提高系统的稳定性。实验结果表明,与传统PI控制方法相比,本文所提控制方法对输入电压和输出电流扰动具有更强鲁棒性,输出电压纹波更小,且系统响应速度能提升近50%。本文研究对DC-DC变换器控制器的设计具有参考意义。     

基于耦合电感的零电压零电流软开关Buck变换器

采用耦合电感替代滤波电感的方式,提出新的零电压零电流软开关Buck变换器.对该变换器工作过程的各个模态进行详细的理论分析.给出软开关实现的条件及主电路的参数设计方法,讨论耦合电感匝数比改变对该变换器性能的影响.对新电路进行仿真研究,理论和仿真结果表明,新电路中所有开关器件都实现了软开关.试制一台48V输入、32V输出,开关频率为50kHz的基于耦合电感的软开关Buck变换器样机.实验结果与理论和仿真结果一致,验证了该变换器理论和设计的正确性,实验测得最大效率达到96.5%.     

宽电压大负载应用DC-DC变换器的电流采样电路

提出了一种新颖的电流模降压型DC-DC变换器的电流采样电路。该电路结合传统电流采样电路的优点,合理地使用LDMOS,实现了宽电压大负载应用DC-DC变换器的电感电流的精确采样。该结构在一款0.35μm BCD工艺的降压型DC-DC变换器中进行了投片验证。仿真和测试结果表明,输入电压为4.75 V~25 V、负载为0 A~3 A的情况下,DC-DC变换器芯片输出稳定,纹波较小且瞬态特性良好。     

基于Simulink建模的升压式开关变换器工作状态分析

基于能量转换理论,建立了电压控制升压式开关变换器Boost状态方程,运用Simulink搭建了Boost开关变换器电路模型,并通过调整电感、电容和频率参数,获得了Boost开关变换器输出特性及其典型工作状态对应的参数取值.本文研究结果丰富了开关变换器非线性运行机理,可为开关变换器的设计提供参考.     

Boost变换器负调电压建模分析

摘要 以电容电压作为输出反馈的Boost变换器是一个非最小相位系统,非最小相位反应引起的负调严重的影响系统的暂态性能及稳态性能。研究引起负调与变换器参数之间的关系对Boost变换器优化设计是一个关键问题。本文根据Boost变换器小信号数学模型推导给出非最小相位系统的负调电压表达式,指出衡量负调电压的两个指标：负调电压大小和负调电压峰值时间。根据负调电压表达式分析了输入电压、储能电感、占空比、占空比变化量、负载、滤波电容等参数对负调电压的影响。研究结果表明：输入电压和占空比变化量仅影响负调电压大小;储能电感、占空比、负载、滤波电容不仅影响负调的大小,同时影响负调的峰值时间。研究所得结论为Boost变换器的参数优化设计以及减小负调电压提高系统暂态性能及稳态性能提供了理论依据。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于FPGA的Buck变换器的研究与设计

与传统的模拟控制相比,提出了一种基于BuckDC—DC变换器的电流滞环数字控制方法,通过数控芯片计算、处理采样得到的瞬时电压、电流值,将电感电流稳定在一定的滞环范围内,达到稳定输出电压的效果。分析了负载突变时电路的动态响应,给出了主电路器件参数的选择和设计方法,并制作了一台以FPGA芯片为控制核心的智能数控开关电源,验证了控制方法的可行性和理论分析的正确性。     

DC-DC转换器高集成度片上软启动电路

提出了一种可片内集成的软启动电路,电路由斜坡电压产生电路和带软启动功能的误差放大器组成。斜坡电压产生电路采用脉冲吞咽和窄脉冲充电技术,以小电容实现了缓慢上升的斜坡电压信号,便于片内集成;软启动完成后斜坡电压产生电路自动关闭,节省了功耗。在传统误差放大器的基础上只增加两个晶体管便实现了软启动过程控制,启动阶段误差放大器输出电压跟随斜坡信号上升,控制转换器输出电压和电感电流缓慢上升;在软启动结束时自动平滑地过渡到稳定工作状态,避免了开关切换方法产生的电感电流扰动。该软启动电路集成到一款峰值电流模升压型DC-DC转换器电路中,采用CSMC 0.5 μm BCD工艺实现。仿真结果表明,软启动电路有效地消除了浪涌电流,实现了输出电压平稳上升无过冲,并能自动平滑地过渡到稳定工作状态。电路简单易实现,便于片内集成。     

单片DC/DC变换器的分析与设计

在0.35 μm硅衬底CMOS工艺条件下,分析了集成平面电感器的单片DC/DC变换器的功率损耗,折中考虑了设计中的难点以及各种影响因素。优化了变换器的转换效率,确定其开关频率为100 MHz;考虑片上集成平面电感器的单位面积电感值与品质因数的大小也是决定DC/DC变换器性能的关键因素,该文给出了双层平面螺旋电感器的物理设计与几何参数优化,获得了双层平面螺旋电感。模拟结果表明该变换器工作稳定,转换效率可以达到62%。     

一种半桥式变换器设计及仿真分析

为了研究半桥变换器中开关管驱动电路、功率变压器、输出滤波电感等参数对工作状态和技术指标的影响,基于电源仿真软件Saber建立了半桥变换器开环电路模型。给出了半桥变换器中功率变压器和输出滤波电感等关键参数的计算方法。采用分段线性分析法、小纹波近似分析法和伏-秒平衡条件对半桥变换器进行稳态分析,推导了输出滤波电感在连续导通模式下（CCM）和不连续导通模式下（DCM）输出、输入函数关系式。分析了半桥变换器CCM工作模式的输出电感、负载电阻和占空比的临界值计算方法。对所建的半桥变换器开环模型进行仿真,仿真结果验证了理论推导的正确性,据此给出了提高半桥变换器稳态性能和工作效率的参数设计方法,为半桥变换器设计提供了理论依据。     

大电流脉冲发生实验装置的研制

研制应用于高温超导脉冲特性研究的大电流脉冲实验装置,装置由充电回路、放电回路、测量系统、保护装置和控制回路组成.利用电容器储能,通过电感放电形成LC振荡回路,放电回路中利用二极管使通过试验样品的电流为单向脉冲电流,通过改变电容器储能电压、电感、电容参数,负载上可获得不同幅值、脉宽、频率的脉冲或振荡电流.装置试验达到要求,为超导装置失超与脉冲特性研究创造了实验条件.     

10kW移相控制ZVS-PWM全桥变换器的设计

根据电力电子变换技术在电源领域的应用,设计了10kW大功率的移相控制全桥变换器。该变换器主电路采用全桥拓扑结构,控制电路采用PWM移相控制芯片UCC3895。详述了主电路变压器、滤波电感、滤波电容和谐振电感的参数设计,介绍了PWM移相控制电路和反馈控制电路的设计。通过对样机的测试结果分析,验证了理论设计的合理性。