非理想Buck转换器的分析与设计.pdf

简介：
本论文深入探讨了非理想条件下的Buck转换器性能，包括元件损耗和寄生参数的影响，并提出优化设计方案。适合电力电子领域的研究者和技术人员参考学习。 非理想Buck变换器是电力电子领域常见的DC-DC转换器，在实际应用中由于元件的不完美特性（如寄生电阻、电感电流纹波）会导致性能下降。平均电流模式控制是一种广泛应用的策略，因为它具有良好的稳定性和动态响应，并且不需要额外的斜坡补偿。 本段落主要探讨了如何改进非理想Buck变换器在稳态和动态性能上的问题，并减少模型与实际电路之间的偏差。文章首先建立了一个非理想开关变换器的小信号交流模型作为分析基础。该模型考虑了实际电路中的各种不完美因素，如开关损耗、电感和电容的漏电流以及元件内阻等。 接下来，本段落深入探讨了基于平均电流模式控制的非理想等效功率级传递函数。这种传递函数描述输入与输出之间的动态关系，在优化控制器设计中至关重要。通过调整这个传递函数可以改善变换器的稳态精度和动态响应性能。 然后，作者分析并设计了电流环和电压环补偿器。电流环采用了单极点-单零点补偿器来加快系统的响应速度同时保持良好的稳态特性；而电压环则采用传统的PI控制器以简化结构并且有效稳定系统。 本段落特别指出之前的研究虽然也探讨过DC-DC变换器的建模与控制，但没有充分考虑非理想条件下的所有因素。例如某些研究忽略了电流调制器采样对稳定性的影响或采用了简单的PID补偿网络导致瞬态响应速度较慢。相比之下，文中提出的双闭环控制系统能够更好地应对这些挑战，在保持快速性的同时确保系统的稳定性。 实验和仿真结果验证了所提出方法的有效性，表明非理想Buck变换器的性能得到了显著提升。这种方法特别适用于对动态性能与稳态精度要求较高的应用领域如新能源、航天航空、电动汽车及船舶等产业。 总的来说，该论文深入研究了非理想Buck变换器，并通过建立精确模型和设计适应性的补偿策略来提高其在实际操作中的表现能力。这不仅有助于解决实际电路中存在的问题也为未来DC-DC变换器的设计提供了宝贵参考。