单周控制D/D变换器的交流小信号模型与设计

4  设计与仿真结果

    以Buck变换器为例，下面给出了单周控制DC/DC变换器的设计过程。主电路参数分别为C=500μF，L=50μH，fs=100kHz，Ug=28V，U=15V。由前面的交流小信号模型，可以得出变换器的开环传递函数为：

    Ts=Gc(s)/3〔1＋(s/Q0ω0)＋(s/ω0)2〕

    当补偿网络为1时，Q0=9.5，f0=ω0/2π=1kHz，相角裕量接近于0。

    为了提高变换器的稳定性，需要增大转折频率和相角裕量。在兼顾超调量的同时，把相角裕量增大到52°；转折频率提高为开关频率的1/20，即5kHz。设计的补偿网络为

    Gc(s)=(1＋ωzs)/(1＋ωps)

式中：fz=ωz/2π=1.7kHz；fp=ωp/2π=14.5kHz。

    根据上面的设计，图7给出了仿真波形。为了考察变换器的稳定性，输入电压加入了交流扰动分量，如图7中最上面的波形所示。负载也从6Ω变化到3Ω，图7中间的波形为负载电流变化的情况，下面的波形为输出电压的波形。

图7  仿 真 波 形

    从仿真波形可以看出，根据单周控制变换器的统一模型设计的Buck变换器具有很强的抗输入侧电压干扰和负载变化的能力，稳定性好，响应速度快，输出电压纹波小。

5  结论

    文中推导了单周控制DC/DC变换器的规范化控制方程，建立了单周控制DC/DC变换器的规范化交流小信号模型。为单周控制DC/DC变换器的设计提供了理论基础。设计实例和仿真结果证明了该模型的正确性与实用性。

参考文献

[1]  K.M,Smeldy and S.Cuk.One-cycle control of switching converters[J]. IEEE Trans. Power Electron., 1995, 10(6)

[2] K.M,Smeldy and S.Cuk.Dynamics of one-cycle controlled Cukconverters[J]. IEEE Trans. Power Electron.,1995,10(6)

[3] R.D.Middlebrook.Modeling current pogrammed buck and boost regulators[J]. IEEE Trans. Power Electron.,1989,4(1)

[4]  寿晓强.一种新颖DC/DC变换器的研究[J].电机与控制学报，1997,(4)

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