基于峰值电流模式的同步Buck变换器数字控制：闭环系统设计与仿真

本文档深入探讨了"基于峰值电流模式的同步Buck变换器的数字控制"这一主题，发表于2015年的《现代电子技术》杂志第38卷第9期。作者刘松斌和高建海，来自东北石油大学电气信息工程学院，主要研究焦点在于同步Buck变换器的工作原理和控制策略。 首先，文章从模拟控制器的传统设计出发，指出基于电压反馈的比例或比例积分控制存在相位裕度限制，这在一定程度上制约了系统稳定性。为了突破这种局限，文章引入了全状态反馈的离散状态空间模型。这种方法的优势在于可以灵活地在期望位置配置闭环极点，从而解决了电流模式控制的不稳定问题，并优化了系统的动态性能。 作者详细阐述了同步Buck变换器的连续时间和离散时间模型，通过分析基尔霍夫电流定律和电压定律，构建了小信号状态空间方程。在连续时间模型中，考虑到开关管的导通阻抗和电感寄生电阻，分别给出了导通和关断期间的状态方程。而在一个完整的开关周期内，通过平均化得到的平均状态空间方程进一步展示了变换器的行为。 文章的核心部分着重于在峰值电流模式下的控制策略，研究了两种情况：负载恒定和负载动态变化。在负载恒定时，控制器能够确保电流跟随设定值，实现零稳态误差；而在负载变化的情况下，通过Matlab分析了闭环极点对负载变化的敏感性，这有助于设计者优化控制器以适应各种工况。 这篇文章提供了一个深入理解同步Buck变换器数字控制的关键视角，尤其是在处理复杂动态条件下的性能优化，对于从事电力电子、控制理论或数字信号处理领域的工程师具有重要的参考价值。通过全状态反馈的设计和细致的仿真分析，该研究展示了如何通过数字控制技术提升同步Buck变换器的稳定性和动态响应能力。