同步整流Buck变换器的滑模控制

发布时间：2020-05-01 00:22

【摘要】：电能的转换、使用效率获得越来越多的关注,因而同步整流Buck变换器被广泛应用于微处理器、移动电子设备、通信设备等产品中。这类产品通常工作在低压大电流的条件下,负载电流经常在很大范围内变化,基于小信号模型的线性控制很难满足负载对电源性能的要求。滑模控制兼顾小信号和大信号,对扰动具有很强的鲁棒性,与开关变换器具有很强的适用性,因而成为研究的热点。本文主要研究同步整流Buck变换器的滑模控制,同时考虑开关管导通电阻、滤波电感和输出电容等效串联电阻等寄生参数的影响。首先根据基尔霍夫定律分析同步整流Buck变换器的工作特点,建立其状态空间模型,引入“开关线”的概念并分析开关线与滞环环宽和开关频率的关系。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统证明了利用开关线计算滞环环宽可准确控制开关频率。其次,基于超螺旋算法设计了数字式二阶滑模微分器,通过检测输出电压来估计同步Buck变换器的状态信息。在仿真环境证明了数字式二阶滑模微分器准确度高,工作性能好于一阶滑模微分器。接着,结合开关线计算滞环环宽并设计了一阶滑模控制器和二阶滑模控制器。在MATLAB/Simulink中进行了仿真验证,设计的滑模控制器开关频率均控制在理论值附近,二阶滑模控制器比一阶滑模控制器具有更高的控制精度和更强的鲁棒性;并对二阶滑模控制器进行了性能分析。最后,设计12位高速AD电路和5V输入,1.8V、11A输出同步整流Buck变换器的PCB。以FPGA为控制器设计、实现二阶滑模微分器和二阶滑模控制器对同步整流Buck变换器进行控制,进行了负载扰动实验。仿真和实验结果证明了所提出理论的有效性和实用性,开关频率得到有效控制,设计的二阶滑模控制器具有很强的鲁棒性。
【图文】：

图 2.1 含寄生参数的同步整流 Buck 变换器电路流输入电压，S1 为控制 MOSFET 管（主开关管），S控制信号，u 为控制信号的互补信号，onr 为整合后感两端电压，Li 为电感电流，定义为关联参考方向效串联电阻，Cv 为电容两端电压，Ci 为电容电流，，ov 为输出电压，oi 为输出电流。 Buck 变换器稳态分析 Buck 变换器工作的开关频率为sf ，开关周期为sT ，同步管关断，设此过程持续时间为ont ，此时电路结

图 2.1 含寄生参数的同步整流 Buck 变换器电路流输入电压，S1 为控制 MOSFET 管（主开关管），，S控制信号，u 为控制信号的互补信号，onr 为整合后感两端电压，Li 为电感电流，定义为关联参考方向效串联电阻，Cv 为电容两端电压，Ci 为电容电流，，ov 为输出电压，oi 为输出电流。 Buck 变换器稳态分析 Buck 变换器工作的开关频率为sf ，开关周期为sT ，同步管关断，设此过程持续时间为ont ，此时电路结
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】

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本文编号：2646345