(重點(diǎn))開關(guān)電源的小信號模型及環(huán)路設(shè)計(jì)

1、開關(guān)電源的小信號模型及環(huán)路設(shè)計(jì)開關(guān)電源的小信號模型及環(huán)路設(shè)計(jì)文章作者：萬山明吳芳摘要：摘要：建立了Buck電路在連續(xù)電流模式下的小信號數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)穩(wěn)定性原則分析了電壓模式和電流模式控制下的環(huán)路設(shè)計(jì)問題。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；小信號模型；電壓模式控制；電流模式控制引言引言設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好動態(tài)和靜態(tài)性能的開關(guān)電源時(shí)，控制環(huán)路的設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)部分。而環(huán)路的設(shè)計(jì)與主電路的拓?fù)浜蛥?shù)有極大關(guān)系。為了進(jìn)行穩(wěn)定性分析，有必要建立開關(guān)電源完

2、整的小信號數(shù)學(xué)模型。在頻域模型下，波特圖提供了一種簡單方便的工程分析方法，可用來進(jìn)行環(huán)路增益的計(jì)算和穩(wěn)定性分析。由于開關(guān)電源本質(zhì)上是一個(gè)非線性的控制對象，因此，用解析的辦法建模只能近似建立其在穩(wěn)態(tài)時(shí)的小信號擾動模型，而用該模型來解釋大范圍的擾動（例如啟動過程和負(fù)載劇烈變化過程）并不完全準(zhǔn)確。好在開關(guān)電源一般工作在穩(wěn)態(tài)，實(shí)踐表明，依據(jù)小信號擾動模型設(shè)計(jì)出的控制電路，配合軟啟動電路、限流電路、鉗位電路和其他輔助部分后，完全能使開關(guān)電源的性能

3、滿足要求。開關(guān)電源一般采用Buck電路，工作在定頻PWM控制方式，本文以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。采用其他拓?fù)涞拈_關(guān)電源分析方法類似。1Buck電路電感電流連續(xù)時(shí)的小信號模型電路電感電流連續(xù)時(shí)的小信號模型圖1為典型的Buck電路，為了簡化分析，假定功率開關(guān)管S和D1為理想開關(guān)，濾波電感L為理想電感（電阻為0），電路工作在連續(xù)電流模式（CCM）下。Re為濾波電容C的等效串聯(lián)電阻，Ro為負(fù)載電阻。各狀態(tài)變量的正方向定義如圖1中所示。S導(dǎo)通時(shí)，對電感

4、列狀態(tài)方程有L(dildt)=Uin－Uo（1）S斷開，D1續(xù)流導(dǎo)通時(shí)，狀態(tài)方程變?yōu)長(dildt)=－Uo（2）式（9）減式（8）得iLReC(dildt)=1Ro(Uo＋CRo(dUodt))（10）將式（10）進(jìn)行拉氏變換得iL(s)=(Uo(s)Ro)[(1sCRo)(1sCRe)](11)一般認(rèn)為在開關(guān)頻率的頻帶范圍內(nèi)輸入電壓是恒定的，即可假設(shè)=0并將其代入式（5），將式（5）進(jìn)行拉氏變換得sLiL(s)=d(s)Uin－Uo

5、(s)（12）由式（11），式（12）得Uo(s)d(s)=Uin[(1sCRe)(s2LCs(ReCLRo)1]（13）iL(s)d(s)=[(1sCRo)s2LCs(ReCLRo)1]UinRo（14）式(13)，式(14)便為Buck電路在電感電流連續(xù)時(shí)的控制－輸出小信號傳遞函數(shù)。2電壓模式控制（電壓模式控制（VMC）電壓模式控制方法僅采用單電壓環(huán)進(jìn)行校正，比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)，可以滿足大多數(shù)情況下的性能要求，如圖2所示。圖2中，當(dāng)