多相峰值电流模Buck电源变换器的非线性建模

发布时间：2020-04-12 14:28

【摘要】：随着微型处理器技术的快速发展和逐渐成熟,当前的微型处理器不仅需要有较高的运算速率、运算能力,也需要有较快的瞬态响应,而且其供电电源需要满足电源输出电压变小、趋于小型化、低EMI、输出电流容量增大、高功率密度、快速负载响应等各种特性。因此以往的单相直流开关电源变换器的局限性日益凸显。为满足现代工业的发展要求,多相直流开关电源变换器应运而生,由于其独有的性能为高性能微型处理器电源管理方案提供了一种新的思路。本文针对双相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器在连续模式(CCM)状态下的工作状态,建立了一种非线性数学模型。同时将建立的非线性数学模型应用于实际双相直流电源变换器的分析设计中。论文采用传统的状态空间平均法对连续工作模式(CCM)下的单相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器的同步整流电路模块进行了建模,并结合功率级模块、控制电路模块、电流采样模块和误差放大器模块的模型建立了电源变换器系统的非线性建模。在此基础上,根据多相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器的工作原理以及单相电源变换器各模块模型,采用状态空间平均法对双相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器进行非线性建模。最后将所建立的双相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器的非线性数学模型应用于一种实际的双相峰值电流模(PCM)变换器电路设计中,并与其电路级仿真结果进行对比分析,较好地预测了有效频段范围内的行为特性。仿真对比试验显示:对工作频率为2MHz、带宽为600kHz的双相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器,电路级仿真模型与采用状态空间平均法建立的非线性数学模型的幅频特性曲线吻合频率最高达2MHz,而相频特性曲线的吻合频率则超过了1MHz,即1/2f_s。故双相峰值电流模(PCM)Buck电源变换器的非线性数学模型可以较好地预测系统在有效频段(即:1/2f_s)范围内的行为特性,能够为DC/DC直流电源变换器的设计与开发提供有效指导和理论依据。
【图文】：

16(b) 相频特性曲线图 2.14 采样保持效应精确模型频域特性曲线似模型设计中，，精确的采样保持效应无法让设计人员从物理层面对其有深入的描述采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依程中，当抽样频率超过信号中最高频率的 2 倍时，采样后的数字信号源变换器的有效频段为 1/2 开关频率范围内，只需 1/2 开关频率范围内保持效应模型公式(2.34)进行展开，仅取一阶和二阶函数，便可得到2e2n z n( ) 1s sH sw Q w

nswT z2Q nsns s12 2 2 2wffT T ) ~ 式(2.38)可以看出，采样保持效应近与电源变换器的开关频率有关，面共轭零点。一个右半平面的零点将会在幅频特性曲线上给增益 20dB线上给相位裕度带来 90°的减少。那么一对右半平面的零点将会给增益带来 180°的减少。因此根据式(2.35)，幅频特性曲线在 1/2fs处的上升斜以-180°/dec 的斜率下降，若电源变换器的开关频率为 2MHz，则采样保性曲线如图 2.15 所示。图 2.15 所示采样保持效应二阶模型的 Bode 图中幅 2.14 所示的精确模型的 Bode 图中幅频特性曲线、相频特性曲线的变化趋
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

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本文编号：2624824