基于数字式控制DC-DC开关电源算法设计

发布时间：2017-08-16 02:10

  本文关键词：基于数字式控制DC-DC开关电源算法设计

  更多相关文章： DC-DC开关电源 数字控制技术 离散时间建模 脉冲宽度调节器 小信号模型

【摘要】：随着电力电子技术的进一步发展,开关电源在电路设计中的作用越来越显著。开关电源通过控制开关晶体管的通断时间长短,来输出稳定的电压给负载。开关电源一般由脉频调制(PWM)控制IC芯片和MOS晶体管构成。迄今为止,电力电子技术已经取得重大进展,使得开关电源也不断地创新。开关电源的体积小,效率高的特点使之成为电源市场的主力军。是当今电子信息产业飞速发展必备的一种高精度的电源。该设计主要讲述开关电源的一种算法研究,该种算法是开关电源工作在固定频率下离散时间模型,模型中的降压转换电路是基于离散时间模型来设计的,整个开关电源的闭环回路包括一个A/D转换器,一个脉冲宽度调节器,一个补偿器,还有电压转换模块电路,这个模型不同于其他模型之处在于,所有这些模块都是直接在Z域中建模设计,相对于连续时间设计的电路在设计存在的误差中有很大差异,其中s-z转换误差是主要的差异,该误差是市场设计的开关电源在s域中的主要误差来源,这也是离散时间设计能够超过连续时间设计的关键所在,本文的实例就是基于上述离散时间模型设计的,通过设计闭环电路的控制器结构来实现对开关电源的输出精确控制,本设计的设计过程是首先通过Matlab进行设计仿真,这在模型的验证中证明了设计的正确性。其次,通过研究控制器的结构,实现控制器的功耗和延迟的最佳配比,得出控制器的基本架构,通过Verilog语言编码控制器结构,该控制器结构最终写入FPGA中,最后在Simetrix软件中,加入电路器件的实际效应,比如电感附加电阻、电容附加电阻等,通过仿真验证该算法设计的正确性。
【关键词】：DC-DC开关电源 数字控制技术 离散时间建模 脉冲宽度调节器 小信号模型
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 开关电源现状12-13
• 1.3 开关电源发展趋势13
• 1.4 论文研究内容13-15
• 第二章 DC/DC电源转换器概论15-39
• 2.1 稳压电源介绍15-17
• 2.1.1 线性稳压电路15-16
• 2.1.2 切换式稳压电路16-17
• 2.1.3 切换式稳压电路的分类17
• 2.2 开关电源的工作原理17-19
• 2.2.1 电感伏秒平衡18
• 2.2.2 电容电荷平衡18-19
• 2.3 降压转换器简介19-29
• 2.3.1 降压转换器架构及分析19-23
• 2.3.2 降压转换电路连续导通模式分析23-27
• 2.3.3 降压转换器不连续导通工作模式分析27-29
• 2.4 降压转换电路的小信号模型推导29-32
• 2.4.1 降压转换器状态方程式29-30
• 2.4.2 降压转换电路的大信号建模30-32
• 2.5 同步整流降压转换电路32-34
• 2.5.1 控制电路分类32-34
• 2.6 切换式稳压器规格定义34-38
• 2.6.1 转换效率(Efficiency)34-35
• 2.6.2 电压纹波(Voltage Ripple)35-36
• 2.6.3 暂态响应(Transient Response)36-37
• 2.6.4 线性调节度(Line Regulation)37-38
• 2.6.5 负载调节度(Load Regulation)38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 控制器原理分析39-45
• 3.1 控制技术的发展过程39
• 3.2 基本控制理论基础39-44
• 3.2.1 单参数控制器40-41
• 3.2.2 比例-微分控制41-42
• 3.2.3 比例-积分控制器42-43
• 3.2.4 比例-积分-微分控制器43-44
• 3.3 本章总结44-45
• 第四章 离散时间模型45-54
• 4.1 时域分析法45-50
• 4.1.1 时域分析法的主要性能指标45-46
• 4.1.2 一阶系统的时域数学模型46
• 4.1.3 二阶系统的时域数学模型46-49
• 4.1.4 高阶系统的动态性能49-50
• 4.2 根轨迹法50-52
• 4.2.2 控制系统的根轨迹分析51-52
• 4.3 频率分析法52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 离散时间开关电源设计54-71
• 5.1 离散时间开关电源建模54
• 5.2 补偿器建模54-55
• 5.3 连续时间开关电源建模55-58
• 5.4 离散时间建模58-66
• 5.5 离散时间设计的实现66-69
• 5.5.1 直接型66-67
• 5.5.2 级联型67-68
• 5.5.3 并联型68
• 5.5.4 verilog语言设计68-69
• 5.6 S域建模与Z域建模比较69-70
• 5.7 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-72
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77-85
• 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈志彬;王仲初;;单相开关电源的设计[J];电源世界;2001年10期

2 陈志彬,吴文波;单相开关电源的设计[J];鞍山钢铁学院学报;2001年06期

3 周志敏;开关电源的分类及应用[J];电子质量;2001年11期

4 陈海龙;开关电源的关键技术[J];现代电信科技;2001年12期

5 张永贵;赵金顺;;开关电源故障的分析与检修[J];家电检修技术;2001年10期

6 周志敏;;开关电源的分类及应用[J];电源技术应用;2001年03期

7 苑国良;开关电源发展新趋势[J];机电一体化;2002年01期

8 杨柳春;谈开关电源的效率[J];兰州石化职业技术学院学报;2002年01期

9 刘军;开关电源的应用与发展[J];大众用电;2002年12期

10 徐九玲,谢运祥,彭军;开关电源的新技术与发展前景[J];电气时代;2003年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈永真;;一种简洁的高效率开关电源的研制[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

2 李砚泉;;回扫式开关电源的设计[A];信息科学与微电子技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年

3 朱春节;马卫东;郭春生;李志国;吕长志;;开关电源模块可靠性研究[A];2007'第十二届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2007年

4 陈百川;陈百江;;开关电源常见故障的检修[A];第六届中国科学家论坛论文汇编[C];2007年

5 屈熹;姜书艳;刘布民;;提高开关电源效率的方法研究[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（二）[C];2007年

6 张利光;;通信开关电源原理简析及应用[A];河南省通信学会2005年学术年会论文集[C];2005年

7 钟炎平;;开关电源的噪声及其抑制[A];第二十届电工理论学术年会论文集[C];2008年

8 瞿小龙;徐自强;汪澎;;小型化开关电源的发展和趋势[A];2010中国电子制造技术论坛论文集[C];2010年

9 高峰;;计算机开关电源的一般维修方法[A];河南地球科学通报2008年卷（下册）[C];2008年

10 谢联f;;医疗设备的开关电源的工作原理和维修[A];2011年浙江省医学会医学工程学分会第九届学术年会论文汇编[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 徐君;亚洲开关电源制造业市场透析[N];中国电力报;2002年

2 雯丽;工业开关电源行业有待整合[N];国家电网报;2009年

3 浙江 吴建龙;5V/1A开关电源的制作[N];电子报;2013年

4 徐君;亚洲开关电源制造业市场透析[N];中国电力报;2002年

5 黎力;开关电源的选用[N];中国电力报;2004年

6 信息产业部电子九所 周平章 何发松;开关电源的技术与市场[N];中国电子报;2000年

7 中兴通讯股份有限公司电源系统部 向阳;探寻开关电源供应商新出路[N];中国电子报;2004年

8 吉林 刘柏林;改110V为220V输入的开关电源[N];电子报;2002年

9 广东 罗卫平;检修开关电源防止开关管炸裂方法[N];电子报;2003年

10 北京 张纯学;5V/3A开关电源的修理与改进[N];电子报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 周月阁;开关电源多元质量稳健优化设计技术[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 刘雨鑫;基于系统兼容性的DC-DC开关电源芯片研究[D];西北工业大学;2015年

3 于月森;本质安全型开关电源基础理论与应用研究[D];中国矿业大学;2012年

4 袁臣虎;开关电源DC/DC变换器电路参数及新拓扑研究[D];天津大学;2012年

5 陈乾宏;开关电源中磁集成技术的应用研究[D];南京航空航天大学;2002年

6 刘帘曦;基于Verilog-A HDL高层次行为模型的大功率DC/DC开关电源芯片的设计研究[D];西安电子科技大学;2006年

7 吴景林;40T混合磁体外超导磁体电源的开关电源方案研究与设计[D];中国科学技术大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐洪伟;开关电源在通信系统中的应用[D];内蒙古大学;2015年

2 王琳;基于STM32的高压电源设计[D];辽宁大学;2015年

3 高雪菲;基于DSP和FPGA的数字化开关电源的研究和设计[D];西南交通大学;2014年

4 李艳丽;开关电源中保护电路的研究与设计[D];西南交通大学;2015年

5 冯强;开关电源传导电磁干扰建模研究[D];西南交通大学;2015年

6 蒋丹;多路矿用隔爆兼本质安全型电源设计与实现[D];华中师范大学;2015年

7 张金格;开关电源故障诊断方法研究[D];沈阳理工大学;2015年

8 王旭亚;高精度半导体制冷大功率程控电源关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 陈山;低功耗LED开关电源研究与开发[D];广东工业大学;2015年

10 王秋影;电源公司新产品导入管理研究[D];广东外语外贸大学;2015年

，

本文编号：680944