单电感双输出Buck变换器控制方法研究

发布时间：2017-08-25 19:24

  本文关键词：单电感双输出Buck变换器控制方法研究

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【摘要】：随着由电池供电的便携式电子产品的广泛应用,降低损耗和减少电源器件成为电源设计中两个最重要的设计要求。单电感双输出(single-inductor dualoutput,SIDO)Buck变换器只要一个电感,可分别控制两路电压输出,相对传统多路输出电源采用高频变压器等组合模块输出,它减少了磁性元器件的使用,从而减小了电源体积,降低了电源成本;因此,单电感双输出Buck变换器受到越来越多的关注,并得到快速的发展。首先,简要介绍了Buck变换器常用的几种闭环控制方法,对比研究了各种控制方法的优缺点;在此基础上,拓展到电源的多路输出控制技术,研究了非精确调节和精确调节两种多路输出电源的拓扑结构,对两种拓扑结构下输出电压的动态性能做了对比分析,并重点阐述了单电感双输出Buck变换器的原理以及工作方式。然后,本文对现有的SIDO Buck变换器控制方法进行较为系统的分析,主要包括连续导电模式下的电压控制方法以及断续导电模式下的分时复用控制方法。针对以上两种方法存在的问题,研究了一种峰值电流控制SIDO DCM Buck变换器的方法,该方法延续了分时复用控制方法可消除输出支路间交叉影响的优点,并在负载参数发生变化时,与分时复用控制方法相比该方法输出电压纹波更小,变换器响应速度更快。随后借助Matlab/Simulink平台对比分析了三种控制方法在支路输出负载加载时输出电压的交叉影响、动态响应速度、纹波大小,仿真结果对SIDO Buck变换器应对不同供电场合选择合适的控制方法具有重要意义。最后,在分时复用控制SIDO DCM Buck变换器的基础上,提出了一种适用于SIDO DCM Buck变换器的改进控制方法—前馈型电压控制方法。该方法采用三角波跟随输入电压作为前馈输入信号,使得输入电压的波动及时反映在载波的幅值变化上。仿真结果表明,改进控制方法下SIDO DCM Buck变换器不仅能够实现两路电压的独立稳定输出,无交叉影响,并且对输入电压波动有较强的抑制能力,在输入电压跳变时两支路输出电压无暂态过冲电压和振荡现象。最后并搭建了实验平台,对理论分析与仿真结果给予了实验验证,论证了前馈型电压控制方法的可行性。
【关键词】：单电感双输出 Buck变换器 交叉影响 抗输入电压波动 暂态过冲
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 多路输出拓扑结构的发展9-10
• 1.3 研究现状10-11
• 1.4 本文研究的主要内容11-13
• 2 多路输出开关变换器控制技术13-28
• 2.1 引言13
• 2.2 Buck变换器常用闭环控制策略13-19
• 2.2.1 电压型PT控制14
• 2.2.2 电压型PWM控制14-15
• 2.2.3 前馈控制15-16
• 2.2.4 电流型控制16-17
• 2.2.5 V2、V2C和V2-OCC控制17-19
• 2.3 非精确调节多路输出开关变换器19-22
• 2.3.1 变压器耦合式19-20
• 2.3.2 电感耦合式20-21
• 2.3.3 加权反馈式21
• 2.3.4 线性稳压式21-22
• 2.4 精确调节多路输出开关变换器22-26
• 2.4.1 单电感双输出开关变换器拓扑结构及工作原理22-23
• 2.4.2 单电感双输出Buck变换器的工作方式23-26
• 2.5 本章小结26-28
• 3 峰值电流控制SIDO DCM Buck变换器28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 SIDO Buck变换器常用控制方法28-30
• 3.2.1 电压控制SIDO CCM Buck变换器28-29
• 3.2.2 分时复用控制SIDO DCM Buck变换器29-30
• 3.3 改进的峰值电流控制SIDO DCM Buck变换器30-32
• 3.3.1 电路结构设计30-31
• 3.3.2 工作模态分析31-32
• 3.4 不同负载参数对支路输出电压的影响32-41
• 3.4.1 仿真模型33-35
• 3.4.2 仿真分析35-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 前馈型电压控制SIDO DCM Buck变换器42-61
• 4.1 引言42
• 4.2 前馈型电压控制电路设计42-46
• 4.2.1 改进控制方法的电路结构42-43
• 4.2.2 工作机理分析43-46
• 4.3 输入电压跳变对输出电压的影响46-57
• 4.3.1 仿真模型47-48
• 4.3.2 仿真分析48-53
• 4.3.3 系统稳定性分析53-57
• 4.4 实验验证57-60
• 4.4.1 实验硬件控制框图58
• 4.4.2 实验装置58-59
• 4.4.3 实验结果分析59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 总结和展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录68
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文68

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本文编号：737957