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1、1 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C第 4章 DC/DC变换器的电流控制方式4.1 简介4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡4.3 峰值电流控制下的一阶模型4.4 峰值电流控制下的精确模型4.5 DCM下的峰值电流控制4.6 平均电流控制4.7 小结2 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所1. 峰值电流控制在峰值电流控制中，
2、器件峰值电流值取代了占空比信号作为控制输入。4.1 简介3 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C峰值电流控制特点：l动态特性简单可控，电感极点转移至高频段；l输出电压控制精度提高，具有大的相角裕度，无需采用超前补偿网络；l必须采集半导体器件的电流信号，该信号还可作为过流保护输入得到更好的控制性能；l通过对峰值电流的控制输入 ic(t)的调节，便可限制开关器件的最大峰值电流；l桥式、推挽式变换器中常见的变压器磁饱和问题得到解决；l具有对噪声敏感的缺点。4.1
3、 简介4 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所2. 平均电流控制在平均电流控制中，通常选取电感电流作为反馈信号，由于电感电流中含有大量的纹波及开关谐波，通常采用串联电阻或霍尔电流传感器。4.1 简介5 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C平均电流控制的特点：l该模式实际上就是我们常说的双环控制系统；l引入电流反馈，可以提高系统
4、的稳态和动态性能。任何一种扰动，都会形成同步的电感电流变化，这样就可以通过电流传感器使电流内环开始进行调节，而无须像电压单环控制方式中等到输出电压发生变化才开始工作；l限制功率开关器件的最大电流值，在双环系统中，由电压控制器的输出信号 vcp提供最大电流的限制信号，限制功率开关管的最大电流或平均电流，实现了过流保护；l多个开关变换器并联运行时，可以采用单电压环，多电流内环的工作方式，电压环向电流环提供相同的参考信号 vcp ，实现并联均流的效果；l电流内环的引入扩展了系统输入电压的范围，允许输入电压有较大的交流成分，减小了对输入滤波电容的依赖，提高了系统的性能；l改善开关调节系统的稳定性，电流
5、环的控制对象为一阶积分环节，所以电流环具有很好的稳定性，同时整个内环系统对外等效为一个恒流源特性，对于外环电压环节亦可等效为一个单极点系统，因此电压控制环的相位裕度大，提高了系统的稳定性。4.1 简介6 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C观察下面 CCM下的电感电流波形：其中的电感电流斜率 m1和 -m2Buck变换器：Boost变换器：Buck-Boost变换器：4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡7 Harbin Institute of Techno
6、logyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C稳态下：4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡8 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C对电感电流进行扰动：4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡9 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C局部放大：4.2 峰
7、值电流控制中的次谐波振荡10 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C因此，稳定条件为：当当4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡11 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C例： D=0.6时，不稳定运行4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡12 Harbin Institute of TechnologyInstitute of
8、Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&CD=1/3时，系统稳定运行4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡13 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C引入斜坡补偿消除次谐波振荡：Q1关断条件变为：4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡14 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C引入斜
9、坡补偿后的稳态电感电流波形：4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡15 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡扰动前扰动后引入斜坡补偿后的稳定性分析：由图可知16 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C一个完整的开关周期后的稳定性分析：4.2 峰值电流控制中的次谐波振荡17 Harbin In
10、stitute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C特征值 a可写为：可见：l为保证系统稳定，需要 |a|Vg*2/3时，系统不稳定。4.5 DCM下的峰值电流控制82 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&CBuck变换器的线性化小信号模型：Boost变换器的线性化小信号模型：4.5 DCM下的峰值电流控制83 Harbin Institute of T
11、echnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&CBuck-Boost变换器的线性化小信号模型：4.5 DCM下的峰值电流控制84 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&CDCM下 CPM变换器小信号等效电路模型输入端参数：4.5 DCM下的峰值电流控制85 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion
12、& Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&CDCM下 CPM变换器小信号等效电路模型输出端参数：4.5 DCM下的峰值电流控制86 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&CDCM下，假设 L=0，则基本拓扑的统一小信号等效电路模型如下图，可得其传递函数：4.5 DCM下的峰值电流控制87 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制
13、研究所PC&C对于 Buck电路，l当 ma=0时，上式的分子在 M2/3时为负值；lwp因此变为一个 RHP极点，变换器因而不稳定；l此时必须增加一个小的斜坡补偿来稳定系统；l通过计算可得，取 ma0.086可以使系统无条件稳定；l没有斜坡补偿，输出电压反馈环节也可稳定系统。4.5 DCM下的峰值电流控制88 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C这种控制方式的参考值是与电感平均电流值进行比较，而不是峰值。优点：l比峰值电流控制具有更好的噪声抑制能力；l无
14、需进行斜坡补偿，控制更加精确；l除控制电感电流外还可控制任何支路的平均电流。缺点：l不能对开关管的瞬时电流进行限制，也不能在一些变换器中（如推挽、正激等）抑制变压器的磁饱和现象。以 Buck电路为例4.6 平均电流控制模式89 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C其中， Gci(s)通常为一个 PI补偿器4.6 平均电流控制模式90 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion &
15、Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C对于 Buck变换器，小信号模型中有：其中：补偿前电流环传递函数：4.6 平均电流控制模式91 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&C忽略高频极点时：对于 Buck变换器，由于电感直接驱动输出端口，因此有：输入 -输出传递函数：控制 -输出方程为：4.6 平均电流控制模式92 Harbin Institute of TechnologyInstitute of Power Conversion & Control电气学院 电能变换与控制研究所PC&Cl在峰值电流控制中，开关器件电流的峰值 is(t)由控制输入 ic(t)确定，此方法可以大大简化系统的控制输出传递函数。尤其是在 Buck变换器中，引入峰值电流控制后可以忽略输入输出传递函数；l对于基本的峰值电流控制，当 D0
