数字谷值电流控制开关DC-DC变换器

为了获得开关DC-DC变换器的最优数字谷值电流(DVC)控制技术,研究了电感电流连续模式下DVC控制开关DC-DC变换器的工作原理,对比分析了采用前缘、后缘、三角前缘和三角后缘4种调制方式的DVC的占空比算法,并分析了各种算法的稳定性.在此基础上,对DVC控制开关DC-DC变换器的时域特性进行了仿真和试验研究,结果表明,采用后缘调制的DVC控制开关DC-DC变换器具有最优的负载瞬态特性,超调电压为62 mV,响应时间为1.118 ms.

谷值电流型脉冲序列控制反激变换器分析

工作于电感电流连续导电模式(CCM)的脉冲序列控制反激变换器存在的低频振荡现象,严重影响了脉冲序列控制开关变换器的稳态及瞬态性能。为消除该低频振荡现象,提出了开关变换器的谷值电流型脉冲序列控制技术。在一个开关周期内,谷值电流型脉冲序列控制开关变换器的励磁电感储能变化量为零,有效解决了脉冲序列控制CCM反激变换器的低频振荡问题。论文对谷值电流型脉冲序列控制CCM反激变换器的工作原理及控制策略进行了系统、深入的分析。研究了不同负载时控制脉冲循环周期内的脉冲组合方式和输出电压纹波。设计实现了谷值电流型脉冲序列控制器,仿真与实验结果验证了理论分析的正确性及控制器设计的可行性。

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。

谷值电流控制三电平Buck变换器

三电平Buck变换器能使开关管的电压应力减小为输入电压的一半,使电感电流脉动频率为开关频率的两倍,减小滤波器的尺寸。为了实现以上的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半。为此,采用谷值电流控制的方法,通过平衡电感电流来调节飞跨电容上的电压,实现飞跨电容电压稳定。建立三电平Buck变换器谷值电流控制的小信号模型,以获得小信号传递函数模型,进而对其补偿网络进行了设计。仿真验证了理论的正确性和控制策略的可行性。

谷值电流控制反激变换器的非线性现象

为了选取DC-DC变换器的参数,建立了谷值电流控制反激变换器动力学方程和离散映射模型,利用分岔图和庞加莱映射,研究了其复杂的非线性动力学行为,并对基于谷值参考电流和输入直流电压变化的稳定性和分岔特性进行了分析.通过Matlab/Simulink平台构造了相应的时域仿真模型,得到了谷值电流控制反激变换器的时域波形和相轨图.研究结果表明,谷值电流控制反激变换器存在非线性动力学行为,变换器随着电路参数的变化,从稳定状态经过倍周期分岔和边界碰撞分岔进入混沌状态.

基于PI补偿的谷值电流控制Buck变换器稳定性仿真研究

在开关电源中,控制电路的参数设置对其工作性能有着很大的影响。以比例积分(Proportional-Integral,PI)补偿谷值电流(Valley Current Mode,VCM)控制Buck变换器为例,仿真分析控制环路对变换器稳定性的影响。利用PSIM仿真软件,搭建了Buck变换器电路仿真模型,分析PI补偿器的反馈增益、输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)、输入电压和补偿斜坡等电路参数对PI补偿VCM控制Buck变换器稳定性的影响,根据仿真结果绘制了不同参数平面上的稳定边界。结果表明,PI补偿VCM控制Buck变换器的稳定性会随着反馈增益g、输入电压Vin的增大而降低,随着输出电容ESR、补偿斜坡Vramp的增大而提高。

谷值电流控制的H桥逆变器的非线性现象

逆变器是一种强非线性系统,存在丰富的非线性现象,非线性会导致系统运行不稳定.分析谷值电流控制的H桥逆变器的工作原理,运用频闪映射方法建立该逆变器的离散模型.利用频闪图、分岔图、折叠图及Lyapunov指数谱,分析该逆变器出现的非线性现象.采用Jacobian矩阵法,阐述系统稳定性发生变化的原因.研究结果表明,该逆变器中存在非线性现象.研究结论对于谷值电流控制的H桥逆变器的设计有理论意义及工程价值.

低占空比谷值电流控制三电平Buck变换器研究

为了实现三电平Buck(Buck TL)变换器使开关管的电压应力减小为输入电压的一半、电感电流脉动频率提高为开关频率的两倍以减小滤波器的尺寸的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半。因此,基于谷值电流控制方法,建立Buck TL变换器的小信号模型,获得了小信号传递函数,然后对其补偿网络进行设计,以实现对电感电流的控制。最后,将电流控制模式和电压控制模式进行了比较,仿真验证了电流控制模式的优越性。理论分析的正确性和控制策略的可行性也得以证实。

峰值-谷值电流控制Buck变换器输出电容对称时间常数研究

峰值-谷值电流控制Buck变换器在自身参数变化时对系统稳定性的影响具有对称性。以Buck变换器为例,建立了峰值-谷值电流控制的对称分段线性模型,推导了对应的Jacobi矩阵,基于此,推导了系统由稳定工作状态过渡到不稳定工作状态时输出电容时间常数的对称临界值。最后通过在PSIM软件中搭建仿真电路进行实验验证,研究结果表明,峰值-谷值电流控制Buck变换器在参数变化时,系统的工作状态存在对称性,同时所提出的输出电容时间常数临界值对于系统参数设计及其器件选择具有十分重要的指导作用。

考虑补偿环路谷值电流控制Boost变换器的稳定性分析

在闭环情况下,除了占空比影响谷值电流(VCM)控制开关变换器的稳定性,补偿环路反馈增益和输出电容等效串联电阻(ESR)也对其稳定性产生影响。以比例积分(PI)补偿VCM控制Boost变换器为例,建立了其二阶分段线性模型。基于该模型,通过分岔图研究了PI补偿VCM控制Boost变换器随反馈增益和输出电容ESR变化的稳定性机理。结果表明,增大反馈增益将降低变换器的稳定性,而增大输出电容ESR将提高变换器的稳定性。电路仿真结果和硬件实验结果验证了理论分析的正确性。

谷值电流模式控制BUCK型LED驱动器

设计了谷值电流模式BUCK型LED恒流驱动器架构,采用双电容充放电的振荡结构分别实现开关管导通计时和最小关断计时,所设计的谷值电流控制器固有的振荡特性避免了振荡器的使用,减少电路实现的成本和复杂度。分析了系统的控制时序,引入前馈机制来调节开关导通占空比,大大减小输入电压变化对开关频率的影响。采用0.6μm 30V BCD工艺利用HSPICE仿真验证了所提出的电路结构,仿真结果符合理论推导。

用于Buck变换器的开关电流型误差放大器

提出了一种用于Buck变换器的开关电流型误差放大器(SC-EA)。在Buck结构中,无需片外补偿即可使系统保持稳定,节省了芯片面积,功率密度更高。误差放大器的带宽随开关频率改变而自适应变化,在高频时仍具有较好稳定性和瞬态响应速度。使用开关电流型误差放大器的谷值电流模COT结构实现了片上频率补偿,省掉了片外元件,可实现多路并联均流,具有较快的瞬态响应速度。采用0.18μm BCD工艺进行了电路设计。仿真结果表明,在6 MHz、1 MHz开关频率下,选用10μF、70μF输出电容即可达到环路稳定,实现自适应带宽。在6 MHz开关频率下,上、下阶跃瞬态响应时间分别为6.3μs、5.5μs;在1 MHz开关频率下,上、下阶跃瞬态响应时间分别为27.7μs、28.4μs。

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。