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高频开关电源的单周期控制的Buck开关转换器的工作波形

时间:09-27 来源:互联网 点击:

  图给出了单周期控制的Buck开关转换器的工作波形:ui、ur及

ui波形图中的阴影面积即为A。考虑到输人电压的纹波,ui的波形为直流电压和纹波电压的叠加。在图(a)中,给定电压ur=Ur为常数,在图(b)中,给定电压ur为一个阶跃函数。

  图 单周期控制的Buck开关转换器的工作波形

  主开关管V导通时,积分器的输出A上升;当其峰值等于Ur时,V关断,与此同时V1闭合;积分器立即复位回零,为下一个周期的积分做好准备。可知,A的峰值能较好地跟踪给定电压ur。A的变化率dA/dt等于输人电压ui(或与ui成正比),如果输人电压上升,则A的斜率变大,使A更快地达到ur,其结果是使占空比Du,减小;反之如果输人电压ui下降,则Du将增大。

  占空比Du由式(9-11)决定:


  可见,占空比Du是Ui和Ur的非线性函数:

Du=f(ui,ur)

  并且,当前开关周期的占空比Du,与前一个周期的状态无关,只取决于该开关月期的ui和ur。也就是说,当输人电压或给定电压等变化时,占空比Du或输出电压的瞬态响应过程可以在一个开关周期内结束。这就是“单月期控制”的含义。

  上面介绍了单周期控制的DC/DC Buck转换器的原理,推广到一般情况时,单周期控制理论可以简述如下:假设一个开关转换器的主开关管以开关频率fs=1/Ts按开关函数k(t)工作

  占空比Du,由给定电压ur调制。主开关管输人的信号x(t)经过斩波,得到开关变量y(t),其频率、脉宽均与k(t)相同,而y(t)的包络线则与信号x(t)相同。

  例如式(9-10)中的ui即x(t),uD即y(t)。

  假设输入电压ui和给定电压ur的带宽远远小于开关频率。由式(9-13)可知,主开关管输出端的有效信号,即开关变量的平均值:

  即开关变量的平均值严格地等于每一个开关周期的给定电压ur。

  单周期控制的关键元件是积分电容。主开关管导通时,反馈控制积分器开始积分,y(t)积分值与ur实时进行比较,当A=ur时,控制器发出命令,改变主开关管的工作状态,同时积分器复位到零。在该周期内,占空比Du由式(9-14)决定。

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