多相交错并联BUCK型DC-DC变换器分析与设计

发布时间：2020-10-13 10:39

　　 在微处理器供电系统中,要求DC-DC变换器能够输出低电压大电流;同时为了避免电压纹波干扰数字电路逻辑,造成错误的处理结果,这就要求DC-DC变换器输出电压纹波低。为了满足这些特殊的用电场合,本文对具有输出低电压、大电流、低纹波特性的DC-DC变换器展开了研究,主要工作如下:在分析单相BUCK型变换器的基本工作原理基础上,对多相交错并联同步BUCK型变换器的拓扑结构展开理论研究与仿真,并给出功率级电路设计方法,包括输入输出电容以及储能电感的参数计算。相对于单相变换器,多相交错并联变换器控制策略更加复杂,具体表现在需要解决各相支路电流均衡以及驱动信号精确移相两个问题。受制造工艺的影响,每相的元器件实际参数很难做到完全一致,参数差异将会导致各相支路电流不均衡,降低系统稳定性和使用寿命。现有的并联均流技术如最大电流自动均流法、外接控制器法等需要增加额外电路,增加了电路复杂度。本文采用平均电流控制,能够在不增加额外电路的情况下实现各相支路电流自动均衡。利用Saber软件搭建了基于平均电流控制三相交错并联BUCK型DC-DC变换器仿真模型,仿真结果表明基于平均电流控制的三相交错并联DC-DC变换器能够在不增加额外电路的情况下实现自动均流,并且各相支路电流均衡度较好。单相变换器只需要一路驱动信号,而多相交错并联变换器需要多路驱动信号,并且多路驱动信号之间需要有一定的相位差。为了解决模拟电路难以实现多相交错并联所需要的高频率驱动信号精确相移问题,通过对多相交错并联DC-DC变换器扰动信号进行分析,提出了基于数字PID控制多相交错并联拓扑结构多环控制策略。以三相交错并联BUCK型DC-DC变换器为例,通过Matlab/Simulink对该方案进行了仿真验证,仿真结果表明,采用该控制策略的三相交错并联BUCK型DC-DC变换器具有输出纹波低,带载能力强,各相电流均衡度、系统动态性能较好等优点,达到了良好的控制效果。最后,设计了基于DSP数字PID控制三相交错并联BUCK型DC-DC变换器样机,并搭建了测试平台,在设定输出电压为1.8V情况下,测得输出电压纹波峰峰值为6.69mV,最大负载电流达18A,最大负载调整率低于1.3%;负载电流大于2A时,各相支路电流不均衡度低于5%。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN624
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景及选题意义
    1.2 DC-DC变换器研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文主要内容及章节安排
第2章 BUCK型 DC-DC变换器基本原理
    2.1 BUCK型 DC-DC变换器拓扑结构
    2.2 DC-DC变换器工作模式
    2.3 DC-DC变换器控制方式
        2.3.1 DC-DC变换器模拟控制
        2.3.2 DC-DC变换器数字控制
    2.4 本章小结
第3章 交错并联技术研究
    3.1 多相交错并联拓扑结构
    3.2 多相交错并联纹波分析
        3.2.1 电流纹波
        3.2.2 电压纹波
        3.2.3 开环仿真分析
    3.3 多相同步损耗分析
    3.4 电感和输入输出电容参数计算
    3.5 并联均流技术分析
    3.6 多相交错并联技术难点
    3.7 本章小结
第4章 控制环路分析与设计
    4.1 系统稳定性分析
    4.2 基于平均电流控制器设计
        4.2.1 电流控制器设计
        4.2.2 电压控制器设计
        4.2.3 平均电流控制策略
        4.2.4 仿真分析
    4.3 数字控制器设计
        4.3.1 PID控制算法
        4.3.2 PID参数整定
        4.3.3 数字PID控制策略
        4.3.4 仿真分析
    4.4 本章小结
第5章 基于DSP的系统软硬件设计与实验分析
    5.1 系统总体结构框架设计
    5.2 系统硬件设计
        5.2.1 采样电路设计
        5.2.2 辅助电源设计
        5.2.3 驱动电路设计
    5.3 系统软件设计
        5.3.1 主程序设计
        5.3.2 A/D中断程序设计
        5.3.3 滤波算法
        5.3.4 PWM信号产生
        5.3.5 PID改进算法
    5.4 实验验证
    5.5 本章小结
结论
致谢
参考文献

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本文编号：2839056