Dynamics and stabilization of peak current-mode controlled buck converter with constant current load

The discrete iterative map model of peak current-mode controlled buck converter with constant current load（CCL）,containing the output voltage feedback and ramp compensation, is established in this paper. Based on this model the complex dynamics of this converter is investigated by analyzing bifurcation diagrams and the Lyapunov exponent spectrum. The effects of ramp compensation and output voltage feedback on the stability of the converter are investigated. Experimental results verify the simulation and theoretical analysis. The stability boundary and chaos boundary are obtained under the theoretical conditions of period-doubling bifurcation and border collision. It is found that there are four operation regions in the peak current-mode controlled buck converter with CCL due to period-doubling bifurcation and border-collision bifurcation. Research results indicate that ramp compensation can extend the stable operation range and transfer the operating mode, and output voltage feedback can eventually eliminate the coexisting fast-slow scale instability.

基于交错并联Buck电路的激光恒流电源设计

Buck变换器因其稳态精度高、动态响应快等优势被广泛应用于恒流源设计,为进一步提高其在高功率场合下的转化效率,研制了两相交错并联Buck电路的激光恒流驱动电源。根据某型激光器性能参数进行了外围电路的设计选型;其次,根据恒压恒流的工作模式分析了控制回路特性并设计了补偿网络;最后,搭建了基于PSIM的仿真模型和基于TMS320F28335为主控芯片的实验平台,验证了所提电路结构和控制回路的可行性。

基于BUCK恒流电路的LED光源调节控制技术研究

为了提高气溶胶激光雷达(ALD)的测量精准度,设计一套模拟光源来校准ALD的接收系统。将BUCK电路和嵌入式控制系统相结合,提出了一种高准确性、低功耗的ALD校准光源调节控制技术。首先,设计了LED光源的控制系统和LED恒流驱动的控制电路结构;其次,根据继电反馈控制和Ziegler Nichols(Z-N)法设计了LED工作电流的比例、积分和微分(PID)自整定算法;最后,通过实验验证了控制电路具有低功耗、高准确性的特点。

一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。

Buck类DC/DC变换器状态反馈精确线性化恒流控制方法

在两级式开关电源的结构中,前级引入的输入电压低频纹波会引起后级输出电流的波动。为了解决这个问题,首先建立了对于Buck及Buck衍生电路的通用大信号平均模型。在此基础上,运用微分几何理论对此仿射非线性系统进行状态反馈精确线性化,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式。在得到的线性化模型基础上运用工程上易实现的PI调节器,对系统进行相应的输入电压抗扰性分析,理论分析表明所提控制方法使输出电流不受输入电压扰动影响。实验表明与传统的平均电流模式恒流控制相比,所提出的精确反馈线性化恒流控制策略具有良好的抑制输入电压低频扰动的稳态调节特性,对不同大小的输入电压均适用。此外,该方法使系统具有较小的调节时间,动态性能较好,具有一般性的理论和工程应用价值。

基于TL494控制的同步整流BUCK恒流源的设计

为了解决线性恒流源功耗大,输出电流小的缺点,提出了一种基于TL494控制的同步整流BUCK开关恒流源。该恒流源采用PWM控制原理调节主开关管和同步整流管的占空比来实现输出电流从0到20A稳定连续可调。控制器采样输出电压,当输出电压超过预定的10V电压时,主开关管关断,输出电压稳到10V,实现过压保护。另外,给出了电路原理图并进行了样机的制作与测试。测试结果表明,其恒流精度相对误差最大值为0.75%,因此该方案是可行的。

恒流源负载V^2控制Buck变换器的稳定性分析

恒流源负载开关变换器在发光二极管照明领域具有广阔的应用前景,其研究具有理论意义和应用价值。为了研究电路参数对恒流源负载V^2控制Buck变换器稳定性的影响,建立了该变换器的二阶离散迭代映射模型,得到了输出电容等效串联电阻、恒流源负载变化时的分岔图。分析结果表明,当输出电容等效串联电阻、恒流源负载变化时,恒流源负载V^2控制Buck变换器具有复杂的动力学行为。利用特征值和最大李雅普诺夫指数对系统进行稳定性分析,验证了分岔分析的正确性。通过数值仿真得到了输出电容及其等效串联电阻之间的工作状态边界,揭示了输出电容时间常数稳定临界值与开关周期间的非线性关系。最后,基于PSIM电路仿真和电路试验,得到了输出电容等效串联电阻时的时域波形,验证了二阶离散迭代映射模型的有效性和理论分析的正确性。

基于平均电流控制的恒功率控制电路设计

为解决HID灯的老化及灯的伏安特性变化引起的功率漂移问题,基于Buck降压变换器的平均电流控制模式,设计并制作了一款具有恒功率控制能力的数字控制电子镇流器驱动电路,包含两个控制环路:内电流环路用于维持稳定驱动,外功率环路用于维持灯在其使用期间的功率恒定,并根据Buck降压变换器DCM模式下的小信号模型,以PI算法作为数字补偿器,完成补偿环路设计,保证电路输出稳定性。为抑制声共振,该电路结构采用三级式结构的电子镇流器,以低频方波驱动。设计和测试结果表明,该电子镇流器驱动电路可实现450 W的恒功率控制,误差值小于3%。该电子镇流器驱动电路结构简单,可靠性高,可适用于450 W HID灯驱动。

一种空间用高性能恒流源技术

半导体激光器性能优异,目前在空间领域受到了广泛关注,由于其是一种电流敏感型器件,对于驱动电源提出了高性能的要求。这里基于空间应用需求,提出了一种基于三电平Buck变换器的高性能恒流源驱动电源,通过反逻辑控制电路既满足大占空比应用,同时实现软启动功能;采用改进隔离变压器驱动电路实现开关管大占空比隔离驱动;结合2型补偿器的电流内环和PI补偿器的电压外环满足恒流源的稳态精度和动态特性。最后,通过Saber仿真软件和硬件实物样机进行验证,结果表明,该设计方案的恒流源效率可达98.2%,且无上电浪涌电流,证实了该设计的合理性和可行性。

新型双BUCK恒流源的研究

为解决电源设计中片面追求高频化所带来的一系列问题,设计了一种双BUCK拓扑结构的开关恒流源。分析了其工作原理,并用Saber软件对电路进行仿真分析,再通过实验验证了其正确性、可行性和有效性。

一种车用恒流/恒压模式的四开关Buck-Boost变换器控制策略研究

对一种车用恒流/恒压模式的四开关Buck-Boost变换器的控制策略进行了研究。在输入输出电压接近时引入Buck-Boost模式,从而在不同输入输出电压大小关系下,通过检测功率管占空比大小,实现Buck模式、Boost模式和Buck-Boost模式之间的平滑切换,提高了系统的稳定性。通过设计最大值选择电路,使变换器在充电应用中自动从恒流模式切换到恒压模式,模式切换平滑稳定。仿真结果表明,在24 V输出电压下,变换器从Buck模式切换到Buck-Boost模式时,输出电压下冲为9.2 mV,变换器从Boost模式切换到Buck-Boost模式时,输出电压下冲为92 mV。变换器在Buck模式与Boost模式下均能实现恒流/恒压模式的自动平滑切换。

一种数字COT控制Buck变换器设计

设计了一种基于数字COT控制的DC-DC变换器。通过分时复用的方法,采用单个ADC实现输入/输出电压和误差电压的量化,并通过内部数字信号计算得到电感电流信息。为克服ADC量程和精度之间的矛盾,使用PGA和DAC实现对6 bit ADC量程的扩展。Buck变换器在输入电压3.3 V、输出电压1.8 V、开关频率1 MHz下进行了仿真验证,输入电压阶跃响应时间从276μs/324μs下降到几乎无影响,负载阶跃响应时间达到39μs/39μs,电源调整率为0.14%,负载调整率为0.14%,输出精度达到了4 mV。

一种高精度加速度计数字采集电路设计

针对高精度惯性导航装置的需求,设计了一种高精度加速度计数字采集电路。电路采用单恒流源技术降低了电路功耗,采用温度补偿技术提高电路性能,采用FPGA数字集成技术提升电路可靠性。通过对电路的稳定性、线性度、对称性、温度特性等指标的测试,电路稳定性不大于6×10^(-6),线性度和对称性均不大于15×10^(-6),温度系数小于0.5×10^(-6)/℃,该电路性能良好,可满足高精度惯性导航装置工程应用需求。

大升压比小型化辉光放电恒流源的研制与应用

针对小型化设计需求,基于推挽-倍压整流双级升压结构,设计了一套大升压比辉光放电恒流源。电路舍弃了传统LC滤波结构的大体积滤波电感和电容,通过将各功能模块进行了集成设计,整体实现了小型化。此外,通过并采用场效应晶体管(MOSFET)作为恒流调整器件,配合精密运算放大器和DAC,电路整体实现了辉光放电恒流源的恒流调节功能。经光谱仪应用验证,测得标钢样品中Cu、C、Si、Ni、Cr、Mn元素光谱强度数据的相对标准偏差(RSD)低于2.33%,Cu、C、Ni、Cr、Mn元素光谱强度的线性拟合优度R~2均高于0.95,分析效果良好。

电动汽车充放电系统建模与仿真

并网电动汽车既是随机的负荷又是移动的储能元件,其充放电行为对电网的运行有较大影响,而充放电系统的建模是研究电动汽车并网的基础。建立了由电压型PWM整流器和双向DC/DC变换器构成的电动汽车充放电模型;针对电动汽车充电,提出了一种新的控制策略,在恒流阶段采用电流单环控制,达到设定电压值后系统自动切换为电压电流双闭环控制,实现恒流恒压充电。最后,在Matlab/Simulink中仿真实现了电动汽车充放电控制策略,并与单纯采用双闭环控制的恒流恒压充电策略进行了比较。仿真结果验证了充放电控制策略的正确性,并证明了所提出的自动切换的充电控制策略的优越性。

变负载无线充电系统的恒流充电技术

基于磁耦合共振原理,设计了一套采用平板磁心结构的变负载恒流充电无线电能传输系统。利用等效电路模型分析影响传输功率、系统效率和充电电流的主要因素。根据超级电容恒流充电过程中等效负载电阻动态变化规律,采用不同阻值的功率电阻模拟其充电特性。首先,分析二次侧Buck变换器对充电电流的调节作用,得到占空比与充电电流的关系,采用PI控制算法实现变负载的恒流充电;其次,通过理论分析和仿真实现磁耦合机构参数优化设计;最后,搭建系统实验平台对系统设计方法进行验证。在传输距离为15cm且负载电阻为0.5~5?时,实现29A的恒流充电。当负载电阻为3.2?时,系统效率和传输功率分别为87.7%和2.58k W。

采用PID算法的高稳定恒流源设计

针对各种低压电器校验及性能测试过程中需要高稳定、高精度的恒流源要求，在对现有主要恒流源产品设计仔细分析的基础上，设计了一种以8位微处理器为核心的高稳定数控恒流源。整个系统采用闭环PID控制，通过所设计的恒流源电路将D／A转换得到的模拟电压变为恒流源。经实际应用测试，该恒流源输出电流可在O～2000mA内任意设定，纹波电流小，测试精度、变负载恒流稳定性均达到0．1％水平，且通过按键可实现±1mA和±10mA的两种步进功能。

低功耗单电源压控精密恒流源设计

设计了一种低功耗单电源压控精密恒流源,给出电路原理图,利用等效模型电路推导了电路传输特性,详细分析了转换电路的等效输出特性阻抗。仿真测试表明,电路的输出电流稳定度高,在220 kHz频率下,0--200Ω负载引起的电流波动相对误差〈1.6%。采用本文设计的恒流源电路自行研制的肉类水分快速测定仪已推广应用。

基于STM32的高精度0～24mA恒流源的设计

为了满足测量领域对高质量恒流源的迫切需求,提出了一种基于STM32的便携式高精度0～24 m A恒流源的设计方案。由STM32微处理器控制高精度AD5062,实现V-I转换电路输入电压的精确调节,进而得到0～24 m A的输出电流。V-I转换电路由高性能的运算放大器、精密的金属电阻等构成,其线性反馈调节电路使得输出电流更加稳定。实验结果表明,设计的恒流源最大标准差低于0.5μA,具有较高的精度。

基于电流源驱动的MOSFET管损耗模型及分析

对于以电压源方式驱动功率MOSFET管,随着开关频率的提高,其开关损耗将显著增加。以此为切入点对电流源驱动功率MOSFET管进行了研究。在对电流源驱动MOSFET管原理性分析的基础上,通过详细地分析功率MOSFET管的开关过程,建立MOSFET管开关损耗模型,求解得到漏极电流、漏源电压与栅源电压之间关系,证明了电流源驱动在减少开关时间和开关损耗上的优越性。在开关频率为1 MHz、输入电压为12 V、输出电压和电流分别为1.3 V和25 A的低压大电流实验平台上进行了验证,实验结果证明了所提出的MOSFET管损耗模型的正确性。