数字DC-DC开关变换器的建模与控制方法的研究

发布时间：2017-11-01 13:23

  本文关键词：数字DC-DC开关变换器的建模与控制方法的研究

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【摘要】：随着数字技术的成熟,数字控制方法在开关变换器中的应用也越来越广泛。数字控制技术大大提高了开关变换器的控制性能、灵活性和可靠性,具备直接监视、处理并适应系统条件的能力,能够满足几乎任何电源要求。数字开关变换器的性能不再由大量离散元器件的参数决定,而是由数字控制软件和控制算法决定,这样便可以减小开关变换器的体积,节约成本,并且大大提高了实现复杂算法的能力,此外还能够实现系统的整体控制等功能,因此,数字DC-DC开关变换器能够很好的迎合电子设备应用的要求。数字DC-DC开关变换器与模拟DC-DC开关变换器的区别在于控制环路,在数字控制环路中存在环路延时,因此,需要对数字DC-DC开关变换器进行建模,分析环路延时对DC-DC开关变换器的影响。为了进行比较,本文首先阐述了DC-DC开关变换器在不同工作模式下的工作过程,并建立模拟DC-DC开关变换器的连续时间模型,然后详细分析数字DC-DC开关变换器的组成结构及工作过程,建立其离散时间模型。在此基础之上,进一步研究数字DC-DC开关变换器中存在的延时,分析了各部分延时产生的原因以及对环路的影响,并对传统的滞后一拍控制方法进行时序分析。为了减小环路延时并解决滞后一拍控制方法中存在的采样和延时问题,本文研究了无电流采样的数字电流控制方法,该控制方法中不需要对电感电流进行采样,通过电感电流估算算法对电感电流进行估算,实现数字电流控制。最后,以Buck变换器为例,通过Simulink进行仿真验证所研究的控制方法的正确性。
【关键词】：DC-DC开关变换器 连续时间模型 离散时间模型 环路延时 数字电流控制
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 引言15-16
• 1.2 开关变换器发展概况16-17
• 1.3 数字DC-DC开关变换器研究现状17-18
• 1.4 本文研究重点18
• 1.5 本文主要内容安排18-20
• 第二章 模拟DC-DC开关变换器及建模20-41
• 2.1 DC-DC开关变换器基本工作模式20-21
• 2.2 DC-DC开关变换器基本结构及工作过程21-27
• 2.2.1 CCM21-23
• 2.2.2 DCM23-25
• 2.2.3 BCM25-27
• 2.3 模拟DC-DC开关变换器27-32
• 2.3.1 模拟DC-DC开关变换器系统结构27-28
• 2.3.2 模拟DC-DC开关变换器工作原理28-32
• 2.3.2.1 补偿网络28-32
• 2.3.2.2 脉冲宽度调制(PWM)32
• 2.4 非理想Buck变换器连续模型32-40
• 2.4.1 开关寄生参数等效换算33-36
• 2.4.2 时间平均等效电路36-37
• 2.4.3 直流等效电路37-38
• 2.4.4 交流小信号等效电路38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 数字DC-DC开关变换器及建模41-57
• 3.1 数字控制Buck变换器系统结构及工作原理41-45
• 3.1.1 模数转换器(ADC)42-43
• 3.1.2 数字补偿器43-44
• 3.1.3 数字脉冲宽度调制器(DPWM)44-45
• 3.2 非理想Buck变换器离散模型45-56
• 3.2.1 离散时间小信号模型45-47
• 3.2.2 一般模型推导47-56
• 3.2.2.1 环路延时47-49
• 3.2.2.2 模型推导49-52
• 3.2.2.3 非理想Buck变换器离散模型52-56
• 3.3 本章小结56-57
• 第四章 无电流采样数字电流控制Buck变换器57-71
• 4.1 数字控制方法的延时分析57
• 4.2 改进数字电流控制原理57-59
• 4.3 无电流采样数字电流控制Buck变换器59-66
• 4.3.1 电流控制器设计59-62
• 4.3.1.1 电感电流估算59-60
• 4.3.1.2 电感电流估算误差分析60-61
• 4.3.1.3 电流控制方法61-62
• 4.3.3 电压控制器设计62-66
• 4.3.3.1 使用双线性变换的直接数字设计方法63-64
• 4.3.3.2 PI补偿z域与p域转换64-65
• 4.3.3.3 电压环路补偿设计65-66
• 4.4 仿真结果与讨论66-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 总结与展望71-72
• 参考文献72-77
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况77

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本文编号：1127022