电流型脉冲序列控制单电感双输出Buck变换器

提出了一种电感电流断续工作模式（DCM）单电感双输出（SIDO）Buck变换器的电流型脉冲序列（PT）控制方法。为避免两路输出的交叉影响,应用时分复用理论,由时分复用信号决定两路输出中相应输出支路的调节,从而实现每一个输出支路的独立调节,避免了两个输出支路的交叉影响;通过在脉冲序列中加入空白脉冲,改善了变换器轻载时的瞬态响应及开关损耗;在控制回路中引入了电流环,实现主功率回路的逐周期限流。有别于传统电流型脉冲宽度调制（PWM）控制技术,电流型PT控制不需要误差放大器及相应的补偿网络,因此具有实现简单和瞬态响应快的优点。仿真与实验验证本文研究结果的正确性。     

单电感双输出Buck变换器控制方法分析

单电感双输出(SIDO)Buck变换器控制方法很多,不同的控制方法有各自的优缺点。在SIDO Buck变换器的控制方法的选择中,两路输出电压的纹波和交叉影响是两个最重要的参考因素。针对以上两点,本文对现有的SIDO Buck变换器的控制方法进行较为系统的阐述,主要包括连续导电模式下的电压控制方法以及断续导电模式下的分时复用控制方法的仿真对比分析。仿真结果对深入了解单电感双输出Buck变换器的控制方法以及控制方法的选择上具有重要意义。     

单电感双输出Buck变换器的微分平坦控制

为克服传统PI控制单电感双输出SIDO(single-inductor dual-output)开关变换器输出端存在交叉影响严重、暂态响应速度慢等问题,提出一种降维状态观测器补偿的微分平坦控制策略。首先根据微分平坦理论,分别设计支路开关管的电压控制和主开关管的电流控制,并对平坦输出量采用PI控制器进行误差反馈补偿。其次根据变换器的状态空间平均模型,对负载电流设计降维状态观测器,并将观测值作用于平坦系统,以提升系统暂态性能。最后搭建了实验平台进行验证,结果表明,所提控制具有更快的暂态响应速度,同时有效减小了交叉影响。     

单电感双输出Buck变换器控制策略研究

随着便携式电子系统的广泛使用,同一系统往往需要不同等级的供电电源电压。单电感双输出(SIDO)型Buck拓扑的提出,使得应用于便携式设备中的多路输出电源效率得到了提高。这里采用差模电压结合单周期控制(OCC)实现了Buck变换器SIDO。设计了系统控制模型,并通过实验验证了此处控制策略的可行性。     

电容电流–电容电压纹波控制单电感双输出CCM Buck变换器

为研究减小单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器输出支路间交叉影响的控制方法,该文以工作于电感电流连续导电模式(continue conduction mode,CCM)的SIDO Buck变换器为研究对象,描述其工作原理和开关状态,推导出状态空间平均模型,并建立了SIDO CCM Buck变换器的功率级小信号模型。在此基础上,提出电容电流–电容电压纹波控制(capacitor current and capacitor voltage ripple controlled,CCVR) SIDO CCM Buck变换器,对其控制原理进行阐述,并建立了小信号模型。进一步地,分析了变换器输出支路间的交叉影响。结果表明:相比传统峰值电流型控制(peak current mode controlled,PCM) SIDO CCM Buck变换器,CCVR SIDO CCM Buck变换器可有效减小输出支路间的交叉影响。最后,由设计的CCVR SIDO CCM Buck变换器实验电路,验证了理论分析的正确性。     

单电感双输出Buck变换器电流型自适应斜坡补偿技术研究∗

为了提高电流型控制单电感双输出 (Single-InductorDual-Output,SIDO)开关变换器的稳定性,拓宽输入输出电压稳定工作范围,以工作于电感电流连续导电模式 (ContinuousConduction Mode,CCM)的 SIDOBuck变换器为研究对象,提出了一种自适应斜坡补偿方法.基于峰值斜坡斜率Sc１＜０条件下的斜坡补偿模型,推导CCMSIDO Buck变换器实现电流型自适应斜坡补偿的理论依据,通过该理论依据推导峰值斜坡斜率Sc１的具体表达式,进一步建立补偿回路.通过对比无斜坡补偿、固定斜坡补偿和自适应斜坡补偿下,CCM SIDOBuck变换器的电感电流和输出电压波形,说明设计的自适应斜坡补偿电路对提高系统稳定性效果显著。     

单电感双输出CCM Buck变换器输出交叉影响分析

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,IDO)Buck变换器为研究对象,采用时间平均等效电路方法,给出SIDO CCM Buck变换器的直流电压增益及系统的输出/控制、交叉影响、耦合等传递函数。在此基础上,得到一种分析SIDO CCM Buck变换器交叉影响的功率级小信号模型。论文建立电压控制SIDO CCM Buck变换器的闭环小信号模型,分析变换器两路输出负载变化对两路输出支路的交叉影响。最后,通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性。     

断续模式单电感双输出Buck功率因数校正变换器

传统多路输出功率因数校正(PFC)变换器多由前级PFC变换器级联多个DC-DC变换器的两级变换组成,成本高、体积大。提出了一种单级变换的单电感双输出(SIDO)Buck PFC变换器及其控制策略,并分析了其工作特性。通过对电感的分时复用控制,实现了两个输出支路的独立控制。电感电流工作在断续模式(DCM),消除了各路的交叉影响,相对于传统两级变换的多路输出PFC变换器,减少了控制器与电感的数量,降低了变换器的体积与成本,并提高了变换器的效率。实验结果验证了此变换器高效率、高功率因数以及两个输出支路的高输出准确度控制特性。     

临界连续模式单电感双输出Buck功率因数校正变换器

提出了一种临界连续模式(CRM)单电感双输出(SIDO)Buck功率因数校正(PFC)变换器及其控制策略,并分析了其工作特性。通过对电感的分时复用控制,实现了2个输出支路的独立控制。在输入电压接近各输出支路电压情况下,控制器限制了开关管的最小关断时间,解决了工作于CRM时电感在输入电流过零点附近难以分时复用控制的问题,并抑制了电感在输入电流过零点附近的复用频率。相对于传统两级结构的多路输出PFC变换器,CRM SIDO Buck PFC变换器减少了控制器与电感的数量,降低了变换器的体积与成本,并提高了变换器的效率。实验结果验证了所提变换器高效率、高功率因数以及2个输出支路的高输出精度控制特性。     

单电感双输出Buck-Boost变换器低频控制方法

针对传统单电感双输出(SIDO)Buck-Boost功率因数校正(PFC)变换器的主开关和分时复用控制开关均工作在高频而导致变换器开关损耗大、效率低、电磁兼容差的问题,提出一种新型电感电流低频分时复用控制方法,并分析分时复用频率对各支路输出电压纹波的影响。该控制方法将变换器的主开关管和复用开关分别控制,在保证输出电压纹波变化不大的同时降低分时复用控制开关的工作频率,减小开关损耗,提高变换器的工作效率。最后,通过实验结果验证该方法的有效性。     

恒定谷值电流型变频控制CCM单电感双输出Boost变换器建模与分析

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conductionmode, CCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Boost变换器为研究对象,提出恒定谷值电流型(fixed valley current mode,FVCM)变频控制技术。详细分析FVCM变频控制CCMSIDOBoost变换器的工作原理及工作时序,得到开关频率与主电路参数以及谷值电流参考值的关系式。采用时间平均等效电路建模方法,推导CCM SIDO Boost变换器的控制–输出、控制–电感电流、交叉影响阻抗等传递函数。建立FVCM变频控制CCMSIDO Boost变换器的小信号模型,计算闭环输出阻抗和交叉影响阻抗传递函数,并从负载瞬态性能和交叉影响特性两方面,与传统的共模–差模电压型控制进行对比分析。研究结果表明:与共模–差模电压型控制相比,FVCM变频控制提高了CCMSIDOBoost变换器的瞬态响应速度,抑制了输出支路间的交叉影响。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。     

单电感双输出Buck变换器的供能模式及输出纹波电压分析

由于后级开关的存在,使得单电感双输出(SIDO)Buck变换器的供能模式变得复杂化,为给SIDO Buck变换器的分析设计提供正确的理论指导,该文对SIDO Buck变换器的供能模式进行深入分析。发现变换器工作在连续导电模式(CCM)时存在完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM)两种供能模式,同时变换器工作在断续导电模式(DCM)时也存在两种供能模式:双支路供能模式(DSM)和单支路供能模式(SSM)。该文得到各供能模式的临界电感,推导各供能模式的输出纹波电压解析式,总结出供能模式和输出纹波电压与电感之间的关系,并指出变换器工作在CCM时两条支路输出纹波电压间存在交叉影响。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

单电感双输出Boost变换器的复合控制方案

为减小单电感双输出Boost变换器的交叉调节,提出一种复合控制方案。建立变换器仿射非线性数学模型,基于微分几何理论证明所建模型满足精确反馈线性化条件,构造出相应输出函数实现系统的线性化和解耦,进而分别为线性系统设计内模控制器和状态反馈控制器,并对满足控制系统稳定要求的反馈系数选取进行分析。与现有控制方法进行仿真比较,结果表明,所提控制方案具有更好的动态调节特性、更优的控制性能和更小的交叉调节。实验结果进一步验证了所提控制方案的可行性。     

Buck变换器的电流型单周期控制方法

本文首次提出一类适用于DC-DC变换器的电流型单周期控制方法,包括电流~+-单周期控制(C~+-OCC)、电流~--单周期控制(C-OCC)、电流-单周期控制(C-OCC)。文中首先介绍了Buck变换器的电流型单周期控制原理,然后利用状态空间平均方法建立其小信号模型,在此基础上对它们进行了仿真,并对结果进行了对比分析,最后进行了实验研究,给出了相关实验结果。仿真和实验结果表明:C~+-OCC控制具有更优的动态负载性能。当输入电压变化时,C~--OCC控制Buck变换器的输出电压会减小,这与其他两种控制方法明显不同。综合起来看,C~+-OCC控制具有更优的性能。     

电流反馈型Buck变换器分岔动力学分析及稳定性控制

针对电流反馈型Buck变换器电路参数波动引起分岔等非线性失稳动力学行为,研究了基于单值矩阵的动力学分析及稳定性控制方法。首先采用菲利波夫法得到了电流反馈型Buck变换器的一个线性化的周期轨道,并以单值矩阵的形式来描述。结合Floquet理论用单值矩阵的特征值(Floquet乘子)分析了变换器的稳定性:根据Floquet乘子是否处于单位圆内,判定变换器是否发生分岔失稳。进一步考虑了多参数变化对变换器稳定性的影响,多参数变化条件下系统的稳定域比较狭窄,变换器很容易产生分岔,基于参数共振微扰法,在参考电流中添加小幅周期信号,使变换器模态之间的切换面发生了改变,有效地抑制了变换器的分岔行为,稳定域得到了明显的拓展。仿真和实验验证了该方法和结论的有效性。     

电流-单周控制Buck变换器设计

针对传统单周控制Buck变换器存在的抗负载扰动能力差、存在稳态误差等问题,提出一种电流-单周控制策略。通过将电感电流和二极管电压叠加作为积分输入,有效增强了变换器的抑制负载扰动能力,且有很高的输出精度。详细阐述了电流-单周控制Buck变换器的工作原理,用状态空间平均方法建立了电流-单周控制Buck变换器的小信号模型,在此基础上对电流-单周控制Buck变换器进行了频域设计。最后,对所设计的Buck变换器进行了实验验证,结果表明,电流-单周控制Buck变换器在负载发生跳变时具有极低的电压超调和跌落.输出纹波约50mV.证明了该控制方法的正确性、有效性。     

临界连续模式单电感双输出Buck-Boost功率因数校正变换器

针对传统两级结构的多路输出功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器成本高、体积大的问题,提出临界连续模式单电感双输出Buck-Boost PFC变换器及其控制策略,分析其工作特性,通过对电感的分时复用控制,实现了两个输出支路的独立控制。相对于传统两级结构的多路输出变换器,减少了电感与控制器的数量,降低了变换器的体积与成本,提高了变换器的效率。实验结果验证了变换器高效率、高功率因数、低总谐波失真及两个输出支路的高输出精度控制特性。     

Buck变换器电感电流滞环控制方法

针对Buck变换器快速动态响应的要求，本文提出了一种具有快速动态响应速度的非线性控制方法： 根据负载电流调节的电感电流滞环控制。该方法能够明显改善输入电压及负载变化所引起的动态过程，且物理意义明确、直观，设计过程简单。Matlab分析和仿真结果验证了该控制方法的优越性。     

Buck变换器电感电流滞环控制方法

针对Buck变换器快速动态响应的要求,本文提出了一种具有快速动态响应速度的非线性控制方法——根据负载电流调节的电感电流滞环控制。该方法能够明显改善输入电压及负载变化所引起的动态过程,且物理意义明确、直观,设计过程简单。Matlab分析和仿真结果验证了该控制方法的优越性。