《dc-dc开关变换器建模、仿真和补偿网络设计的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《dc-dc开关变换器建模、仿真和补偿网络设计的研究（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要 摘要 在开关电源的设计过程中，开关变换器的建模和仿真是至关重要的一个环节，精 确的系统动态模型是设计出高质量的闭环控制回路的基础，合理的闭环补偿网络是控 制效果好坏的关键。借助于仿真软件，对系统进行仿真则可以比较精确地预测系统的 输入输出特性及动态性能，并能反复修改和优化电路参数，可以大大缩短开发时间。 本文先是系统介绍了P W M 型D C D C 开关变换器的几种基本拓扑，它们是组成 各种开关电源主电路的基础，由它们可以延伸变化出许许多多的实际应用的开关电源 拓扑。然后介绍了两种最为常用的仿真方法即S i m u l i n k 下的系统级仿真和专业仿真 软件S a b e r 下的
2、元件级仿真，本文中主要是用到了S a b e r 仿真。介绍了P W M 型D C D C 开关变换器的常见的几种建模方法，并分别运用状态平均法、电路平均法对全面考虑 了实际电路寄生参数的B u c k 、B o o s t 变换器进行了详细建模，得到了考虑寄生参数、 可以直接运用于工程实际的小信号模型，并在专业的电源仿真软件S a b e r 中通过网络 分析元件对环路扫频，得到了实际的频率特性以证实建模的正确性。研究了开关变换 器闭环补偿网络的设计及运用M a t l a b 及M a t l a b 控制工具箱的S i s o t o o l 工具对开关变 换器补偿网络进行设计的方法，总
3、结和分析了不同控制模式下的补偿方案，最后以 C C M 模式下电压控制型B u c k 变换器为例，用传统的配置零极点的方法，结合S i s o t o o l 强大的交互式功能设计了类型3 补偿网络，同时还在S i s o t o o l 中运用P I D 调节自整定 参数功能设计了P I D 补偿网络，并在S a b e r 里分别对得到的实际电路进行了仿真，比 较了两种补偿网络的实际效果，指出了传统配置零极点设计补偿网络方法的缺陷并提 出了改进。 关键字：D C D C 开关变换器；S a b e r 仿真；补偿网络；S i s o t o o l A b s t r a c t A b
4、 s t r a c t D u r i n gt h ed e v e l o p m e n t o fas w i t c hp o w e r ，t h em o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ni st h e m o s ti m p o r t a n ts t e p ，a na c c u r a t ed y n a m i cm o d e li st h eb a s eo ft h ed e s i g no fah i g h q u a l i t yc l o s ec o n t r o ll o o p ，a tt h
5、es a m et i m e ，ag o o dc o m p e n s a t o ro f t h ec l o s el o o pi s t h ek e yp o i n tt ot h er e s u l to fc o n t r 0 1 U s i n gs o m es i m u l a t i o ns o f t w a r e ，w ec a nm a k e a na c c u r a t ep r e d i c tt ot h ef e a t u r e so fas y s t e m Si n p u t sa n do u t p u t s ，
6、a sw e l la s d y n a m i cp e r f o r m a n c e s ，a n di tc a na l s oh e l pt om o d i f ya n do p t i m i z et h ep a r a m e t e r so f t h ec i r c u i t ，r e d u c i n gt h ed e v e l o p i n gt i m er e m a r k a b l y I n t h i sa r t i c l e ，s e v e r a lc l a s s i c a lt o p o l o g i e
7、 so fP W MD C D Cc o n v e r t e rh a v eb e e n r e v i e w e d ，t h e s et o p o l o g i e sa r et h eb a s e so fv a r i o u ss w i t c h i n gp o w e rf r o mw h i c hm a n y a c t u a lt o p o l o g i e si nu s i n gc a nb ed e d u c e d T w op o p u l a rs i m u l a t i n gm e t h o d sh a v e
8、 b e e ni n t r o d u c e d ，s e v e r a ls m a l ls i g n a lm o d e l i n gm e t h o d so fP W MD C D Cc o n v e r t e r w h i c hc o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c e so fp a r a s i t i cp a r a m e t e r sh a v eb e e nd e d u c e d ，u s i n g t h e s em e t h o d s ，t h e s p e c i f i c
9、 s m a l ls i g n a lm o d e lw i t hc o n s i d e r a t i o no fp a r a s i t i c p a r a m e t e r so fB u c ka n dB o o s tc o n v e t e rh a v eb e e nd e d u c e d ，a f t e rt h a t ，u s i n gS a b e rt o s i m u l a t e a n dv e r i f yt h ea c c u r a c yo ft h e s em o d e l s T h ed e s i g
10、 nm e t h o d so fc o m p e n s a t o rf o rc l o s el o o po fP W MD C D Cc o n v e a e r h a v eb e e ns t u d i e d ，u s i n gM a t l a ba n dt h eS i s o t o o lo fi tt od e s i g nc o m p e n s a t o ro f c o n v e r t e r s ，a n a l y s e ds e v e r a ld i f f e r e n tc o m p e n s a t o r su
11、 n d e rv a r i o u sc o n t r o lm o d e l s ，a t t h ee n do ft h i sa r t i c l e ，t oi l l u s t r a t et h ed e s i g nc o n c e p t ，a ne x a m p l eo fh o wt od e s i g n t h ec o m p e n s a t o ro fav o l t a g ec o n t r o l l e dB u c kc o n v e r t e rh a sb e e ng i v e n ，u s i n gt h
12、e t r a d i t i o n a lp o l ea n dz e r o a s s i g n m e n tm e t h o d t o d e s i g nc o m p e n s a t o r ，at y p e 3 c o m p e n s a t i o nn e t w o r kc r e a t e db yt h ep o w e r f u li n t e r a c t i v ef u n c t i o no fs i s o t o o l ，t h e n g e ta n o t h e rk i n do fP I Dr e g u
13、l a t i o nc o m p e n s a t o ri nt h es i s o t o o lw i t ht h eu s eo f a u t o m a t e dt u n i n gm e t h o d ，a tl a s ti nt h eS a b e rt h ea c t u a lc i r c u i t sw e r es i m u l a t e d ，t h e a c t u a l e f f e c to ft h e s et w ok i n d so fc o m p e n s a t i o nn e t w o r ka r e
14、c o m p a r e da n d i m p r o v e m e n th a sb e e np u tf o r w a r d K e yw o r d s ：D C - D Cc o n v e r t e r ；S a b e rs i m u l a t i o n ；C o m p e n s a t o r ；S i s o t o o l ； 目录 目录 摘要I A b s t r a c t I I 目录l 第1 章绪论3 1 1 选题背景3 1 2D C D C 开关变换器研究现状4 1 3D C D C 开关变换器的发展趋势5 1 3 1 数字化5 1 3 2 智能化5 1 3 3 绿色化一6 1 4 本文主要内容及结构安排6 第2 章D C D C 开关变换器基础知识7 2 1 基本拓扑7 2 1 1 B u c k 变换器7 2 1 2 其他基本变换器稳态分析9 2 2 开关变换器的仿真l0 2 2 1 仿真的意义及重要性1 0 2 2 2D C D C 开关变换器常用的仿真方法l0 2 3 小结1 4 第3 章D C D C 开关变换器的平均法建模15 3 1 引言l5 3 2 状态空间平均法
