开关电源的数字峰值电压—峰值电流控制技术研究

论文摘要

新一代处理器对为其供电的电源系统指标提出了越来越高的要求。由于开关电源的数字控制具有良好的灵活性、可扩展性、易于实现更优秀的电源管理方案等优点,因此得到了越来越多的关注。本论文旨在研究更有效的数字控制算法,以提高开关变换器的瞬态响应特性。论文重点分析了数字峰值电压—峰值电流（Digital Peak Voltage-Peak Current,DPV-PC）控制算法,在此基础上进一步研究了数字峰值电压—峰值电流控制的克服延时算法,并对这两种算法进行了分析和比较。模拟峰值电压—峰值电流控制（V2C控制）方式具有过电流保护及良好的动态响应;数字系统具有可编程性、很强的适应性与灵活性,具备易于监控、处理并适应系统条件的能力。本文研究的数字峰值电压—峰值电流控制方式结合了这两者的优点。论文研究了采用不同的数字脉冲宽度调制方式（单缘调制、双缘调制）的数字峰值电压—峰值电流控制的算法,以CCM模式（Continuous Conductive Mode,连续导电模式）Buck变换器为例,对基于不同调制方式的数字峰值电压—峰值电流控制算法进行了深入的研究;并针对数字控制系统固有的延时问题进行了分析,提出了克服延时的数字峰值电压—峰值电流控制算法（Improved Digital Peak Voltage-PeakCurrent,IDPV-PC）,提高了控制系统的带宽和瞬态响应性能。论文利用状态空间平均法建立了CCM模式数字峰值电压—峰值电流控制Buck变换器的小信号模型,得到了其输出阻抗、“输入—输出”传递函数和“控制—输出”传递函数。在仿真软件MATLAB6.5中建立了小信号的仿真模型,并进行了频域的小信号仿真分析。分析表明,IDPV-PC控制方法对于负载突变具有比DPV-PC控制更快的响应速度。论文对数字峰值电压—峰值电流控制方法、克服延时的数字峰值电压—峰值电流控制方法的动态性能进行了仿真研究,结果表明,后者具有更快的瞬态响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 开关电源技术回顾与发展趋势
• 1.1.1 模拟电源的优势与不足
• 1.1.2 数字电源的优势
• 1.2 开关电源的模拟控制方式概述
• 1.2.1 电压型控制
• 1.2.2 电流型控制
• 2控制）'>1.2.3 峰值电压控制（V²控制）
• 1.3 数字控制技术的发展现状
• 1.4 选题依据与本文主要研究内容
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第2章 数字开关电源系统原理分析
• 2.1 模拟开关电源的基本架构
• 2.2 数字开关电源系统概述
• 2.2.1 数字开关电源系统的基本架构
• 2.2.2 数字电源系统精度分析
• 2.3 数字脉宽调制方式
• 2.3.1 单缘调制
• 2.3.2 双缘调制
• 2.3.3 PWM调制方式的小结
• 2.4 本章小结
• 第3章 数字峰值电压—峰值电流控制算法
• 3.1 数字峰值电压—峰值电流控制方法的工作原理
• 3.1.1 模拟峰值电压—峰值电流控制
• 3.1.2 数字峰值电压—峰值电流控制
• 3.2 数字峰值电压—峰值电流控制算法
• 3.2.1 基于单缘调制的DPV-PC控制算法
• 3.2.2 基于双缘调制的DPV-PC控制算法
• 3.2.3 DPV-PC控制算法小结
• 3.3 基于DPV-PC的克服延时算法
• 3.3.1 基于前缘调制的克服延时算法
• 3.3.2 基于其他调制方式的IDPV-PC控制算法
• 3.3.3 克服延时算法小结
• 3.4 数字峰值电压—峰值电流控制Buck变换器的小信号模型
• 3.4.1 DPV-PC控制Buck变换器主电路环节的小信号模型
• 3.4.2 DPV-PC控制环节的小信号模型
• 3.4.3 DPV-PC控制Buck变换器的小信号模型
• 3.4.4 IDPV-PC控制Buck变换器的小信号模型
• 3.4.5 小信号传递函数
• 3.5 本章小结
• 第4章 仿真研究
• 4.1 数字峰值电压—峰值电流控制Buck变换器的频域分析
• 4.1.1 DPV-PC控制算法频域仿真
• 4.1.2 IDPV-PC控制算法频域仿真
• 4.1.3 DPV-PC与IDPV-PC算法的频域仿真对比
• 4.2 数字峰值电压—峰值电流控制Buck变换器的时域分析
• 4.2.1 DPV-PC控制与IDPV-PC控制的瞬态特性仿真比较
• 4.2.2 瞬态特性仿真小结
• 4.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果