DC-DC开关电源的建模与控制设计.pdf

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1、DC—DC开关电源的建模与控制设计毕超，肖飞，谢桢，陈明(海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室，湖北武汉430033)摘要：非线性DC—DC开关电源的建模是设计其闭环控制系统的关键，对于保持系统输出电压的稳定和良好的动态响应特性具有非常重要的影响。选取了状态空间平均法作为建模方法，获取了系统的状态空间表达式及传递函数，在此基础上设计了电流内环、电压外环的双闭环反馈系统，并通过在Matlab软件中搭建系统的仿真电路进行仿真。通过仿真曲线验证了模型设计的正确性及双闭环的作用。该方法可用于指导

2、其它DC—DC型开关电源的建模及闭环控制设计。关键词：Buck变换器；状态空间法；闭环控制；仿真中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1002—087X(2014)02—0359-04ModelinganddesignofDC—DCswitchingpowersupplyBIChao，XIAOFei，XIEZhen，CHENMing(NationalKeyLaboratoryforVesselIntegratedPowerSystemTechnology,NavalUniversityofE

3、ngineering,WuhanHubei430033,China)Abstract：ThemodeIbuildingofnon-linearDC—DCswitchpowersupplywasthekevtotheclosed—loopcontroIofsystem．Themaintainingoftheoutputvoltageandperfectdynamiccharacteristicofthesystemwasgreatlyinfluenced．Theaveragestate—spacem

4、ethodwaschosenasaway．Thestatespacesystemmatrixandtransferfunctionweregot．Thedoubleclosed-loopwithinnercurrentloopandextemalvoltagelopwerealsodesignedbasedonit．AtIast．themode1wassimulatedusingthesimulatingcircuitinMatlabsoftware。BoththemodeIandthedoubl

5、eclosed—loopdesignwereverifiedbythesimulationresultofthecurve．ThedesignofthemodeIbuildingandclosed—loopcontrolforothertypesof0C—DCswitchpowersupplycouldalsobeconductedbythemethod．KeyWOrds：Buckconve~er：state—spacemethod；closed—lopcontrol；simulation开关电源

6、能够为负载提供稳定的输出电压。相比于传统定电压值输出给负载。图l为Buck电路的拓扑结构，其中包的线性稳压电源，开关电源具有稳态性能好、输出纹波电压含了部分元件的寄生参数如电感等效电阻、电容等效电阻、二小、效率高、体积质量小及可靠性高等优势，并广泛应用于交极管导通压降及开关管导通电阻等。通运输、通讯、电气设备、计算机和国防等众多重要领域。目前，对于DC．DE：开关电源的研究在国内外都在不断深入，其具体电路结构主要包括：Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路及Cuk电路等几种主要类型

7、Ⅲ。由于开关电源电路中采用了开关器件及电感、电容等非线性元件，属于非线图1Buck电路的拓扑结构性系统，因此对其建模不能采用一般的线性系统建模方法。本根据电感电流是否连续，Buck变换器可分为两种工作模文选取Buck电路作为基本电路，采用了应用最为广泛的状态式：电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)。本空间法对系统进行建模，得到系统的传递函数。在此基础上，文主要就CCM模式下的Buck电路进行分析。针对开关电源如何在额定电压内为负载提供不同等级的稳定Buck变换器在一个周期内有两种

8、工作状态，即开关管电压及保证系统良好的动态性能等问题选用PI调节器并设计导通状态和开关管截止状态。其具体工作过程为：在开关管11了电压、电流双闭环控制系统，通过在Matlab软件中搭建电路导通阶段(o~I1m)，二极管因承受反压而截止，输入电流(O经模型，对设计参数进行调试，用仿真结果验证了双闭环参数设开关管流人电感及负载，电感开始储能，电感电流t(O线性上计的正确性及作用。升；在开关管Jr截止阶段(D)，此时负载与电源脱离，由于1Buck电路原理电感电流j￡)不能立即变为0，因此