Buck变换器的状态离散时间模型及其极限电压响应控制策略研究

为了提高开关电源变换器的建模精度和控制性能,提出了一种状态切换离散时间模型(State Switching Discrete time Model,SSDM).该模型在建模时考虑的是每个开关周期内的状态,而不是变换器的平均状态,故在高频下其精度比传统的状态平均模型更高.基于开关持续时间的全微分方程,精确计算一个周期内的电感电流和输出电压,从而推导出SSDM.此外,通过SSDM推导出极限电压响应(Limiting Voltage Response,LVR)控制策略.该策略通过电压预测计算出合适的占空比,以在最小开关周期内将输出电压调节为参考值.通过这种策略,变换器不仅实现了非常快的负载/线路瞬态响应和参考跟踪速度,而且在偏差电感下表现出很高的稳定性.最后,通过频率响应分析和实验验证了SSDM的准确性和系统的稳定性.实验结果表明,在不同工况下,LVR控制策略下的输出电压瞬态响应时间相比传统控制策略下的输出电压瞬态响应时间缩短了70%以上；当电感值偏离23%时,在LVR控制策略下的输出电压仍然保持稳定.