PI补偿固定关断时间电流型控制Boost变换器的次谐波振荡机理及失稳边界

当电压外环反馈增益较大或变换器输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较大时,采用比例积分(proportional-integral,PI)补偿的固定关断时间电流型(fixed off-time current-mode,FOT-CM)控制Boost变换器存在次谐波振荡现象,导致变换器工作在不稳定状态。PI补偿器中补偿电容电压是变换器电感电流和输出电容电压的线性组合,由此建立了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的降阶离散时间模型,研究了电压外环反馈增益和输出电容ESR对变换器稳定性的影响,阐述了次谐波振荡现象的产生机理。进一步,通过近似降阶离散时间模型,得到了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的近似临界稳定条件。结果表明,当输出电容ESR较小时,随反馈增益的增大,PI补偿FOT-CM控制Boost变换器通过倍周期分岔失稳;随着输出电容ESR的增大,变换器通过边界碰撞分岔失稳。为了避免次谐波振荡现象的产生,变换器需采用ESR较小的输出电容,且电压外环需设计较小的反馈增益。实验结果验证了理论分析的正确性。