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1、第4章DC/DC變換器的電流控制方式4.1簡介4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩4.3峰值電流控制下的一階模型4.4峰值電流控制下的精確模型4.5DCM下的峰值電流控制4.6平均電流控制4.7小結(jié)1.峰值電流控制在峰值電流控制中，器件峰值電流值取代了占空比信號作為控制輸入。4.1簡介峰值電流控制特點(diǎn)：動態(tài)特性簡單可控，電感極點(diǎn)轉(zhuǎn)移至高頻段；輸出電壓控制精度提高，具有大的相角裕度，無需采用超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；必須采集半導(dǎo)體器件的電流信號，該信號還可作為過流保護(hù)輸入得到更好的控制性能；通過對峰值電流的控制輸入ic(t)的調(diào)節(jié)，便可限
2、制開關(guān)器件的最大峰值電流；橋式、推挽式變換器中常見的變壓器磁飽和問題得到解決；具有對噪聲敏感的缺點(diǎn)。4.1簡介2.平均電流控制在平均電流控制中，通常選取電感電流作為反饋信號，由于電感電流中含有大量的紋波及開關(guān)諧波，通常采用串聯(lián)電阻或霍爾電流傳感器。4.1簡介平均電流控制的特點(diǎn)：該模式實(shí)際上就是我們常說的雙環(huán)控制系統(tǒng)；引入電流反饋，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。任何一種擾動，都會形成同步的電感電流變化，這樣就可以通過電流傳感器使電流內(nèi)環(huán)開始進(jìn)行調(diào)節(jié)，而無須像電壓單環(huán)控制方式中等到輸出電壓發(fā)生變化才開始工作；限制功率開關(guān)器件
3、的最大電流值，在雙環(huán)系統(tǒng)中，由電壓控制器的輸出信號vcp提供最大電流的限制信號，限制功率開關(guān)管的最大電流或平均電流，實(shí)現(xiàn)了過流保護(hù)；多個開關(guān)變換器并聯(lián)運(yùn)行時，可以采用單電壓環(huán)，多電流內(nèi)環(huán)的工作方式，電壓環(huán)向電流環(huán)提供相同的參考信號vcp，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)均流的效果；電流內(nèi)環(huán)的引入擴(kuò)展了系統(tǒng)輸入電壓的范圍，允許輸入電壓有較大的交流成分，減小了對輸入濾波電容的依賴，提高了系統(tǒng)的性能；改善開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電流環(huán)的控制對象為一階積分環(huán)節(jié)，所以電流環(huán)具有很好的穩(wěn)定性，同時整個內(nèi)環(huán)系統(tǒng)對外等效為一個恒流源特性，對于外環(huán)電壓環(huán)節(jié)亦可等效
4、為一個單極點(diǎn)系統(tǒng)，因此電壓控制環(huán)的相位裕度大，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.1簡介觀察下面CCM下的電感電流波形：其中的電感電流斜率m1和-m2Buck變換器：Boost變換器：Buck-Boost變換器：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩穩(wěn)態(tài)下：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩對電感電流進(jìn)行擾動：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩局部放大：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩因此，穩(wěn)定條件為：當(dāng)當(dāng)4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩例：D=0.6時，不穩(wěn)定運(yùn)行4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩D=1/3時，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行4.2峰值電流控制中
5、的次諧波振蕩引入斜坡補(bǔ)償消除次諧波振蕩：Q1關(guān)斷條件變?yōu)椋?.2峰值電流控制中的次諧波振蕩引入斜坡補(bǔ)償后的穩(wěn)態(tài)電感電流波形：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩擾動前擾動后引入斜坡補(bǔ)償后的穩(wěn)定性分析：由圖可知一個完整的開關(guān)周期后的穩(wěn)定性分析：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩特征值a可寫為：可見：為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，需要
6、a
7、<1；在Buck和Buck-Boost變換器中，由于m2=-v/L，因此如果保證輸出電壓v穩(wěn)定則m2也穩(wěn)定；我們通常選擇ma=0.5m2，因此當(dāng)D=1時，a=-1，當(dāng)0≤D<1
8、時，
9、a
10、<1，使a盡量小可以保證所有占空比下系統(tǒng)的穩(wěn)定性；有時我們可以選擇ma=m2，這將導(dǎo)致當(dāng)0≤D<1時，a=0。4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩未加斜坡補(bǔ)償前：當(dāng)在電流控制值上存在小擾動時，便會在占空比上產(chǎn)生一個較大的擾動：4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩加入斜坡補(bǔ)償后，減輕了噪音產(chǎn)生的擾動：由于增益降低，因此同樣的控制電流輸入擾動產(chǎn)生的占空比擾動相對要小。4.2峰值電流控制中的次諧波振蕩包含電壓外環(huán)的峰值電流控制系統(tǒng)框圖：4.3峰值電流控制下的一階模型忽略電感電流開關(guān)紋波和斜坡補(bǔ)償對系統(tǒng)的影響，則會有：當(dāng)變換器
11、處于CCM模式且穩(wěn)定時，由于開關(guān)紋波很小且斜坡補(bǔ)償幅值也很小，因此該等效精確度很高。擾動量同時成立：基于該假設(shè)，由于電感電流不再是一個獨(dú)立的狀態(tài)變量，在小信號傳遞函數(shù)中，它不再會產(chǎn)生一個極點(diǎn)，從而系統(tǒng)將簡化為一階系統(tǒng)。4.3峰值電流控制下的一階模型1.一階近似模型(CCM下的Buck-Boost變換器)4.3峰值電流控制下的一階模型由以上已知的Buck-Boost小信號交流模型，可得到占空比控制的數(shù)學(xué)模型：4.3峰值電流控制下的一階模型假設(shè)初始條件為零狀態(tài)，進(jìn)行Laplace變換，可得：由假設(shè)條件：帶入電感公式，解得占空
12、比關(guān)系式，由于此時控制輸入為ic，因此占空比只是一個中間變量。4.3峰值電流控制下的一階模型消去中間變量d(s)：合并化簡同時應(yīng)用穩(wěn)態(tài)變量關(guān)系，可得：4.3峰值電流控制下的一階模型對于輸入端口，由：可得其等效電路：4.3峰值電流控制下的一階模型對于輸出端口，由：可得其等效電路：節(jié)點(diǎn)4.3峰值電流控制下的一階模型下面給
