改进型单周控制：增强Buck变换器负载动态响应

本文主要探讨了一种改进型的单周控制策略应用于Buck变换器的情况。传统的单周控制在处理输入扰动方面表现出优异的性能，如快速响应、开关变量误差较小等优点。然而，它在应对负载扰动时存在不足，特别是在输出电压动态响应上表现较差，这限制了其在需要高动态性能应用中的广泛使用，比如为微处理器供电的电压调整模块。 作者针对这一问题，通过深入分析负载扰动对Buck变换器工作的影响，提出了一种新的控制策略。他们从单周能量关系的角度出发，重新设计了控制方程，目的是优化输出电压的动态性能。这种方法在理论推导后进行了详细的仿真研究，结果显示，改进后的控制方法能够有效抑制输入和输出扰动，提高了系统对负载变动的适应性。 在单周控制的基本原理部分，文章描述了在一个完整的开关周期内，控制器的工作方式。当开关打开时，输入电压Vg直接传递到输出Vd，然后通过积分电容Cint积累能量。当累积的积分电压达到参考电压Vref时，控制器关闭开关，释放电容能量，进入下一个周期。这种机制使得单周控制对电源电压扰动有很好的抑制效果。 在负载扰动分析环节，通过状态空间平均法和等效受控源平均法，构建了Buck电路的大信号低频平均模型，用于模拟负载变化对电路行为的影响。分析显示，当负载改变时，电感电流经历一个渐变的过程，这是电感能量调整以适应新稳态的过程。这导致在扰动期间，输出电压Vo会有一个逐步恢复到参考值Vref的阶段。 总结来说，这项改进型单周控制策略旨在解决传统单周控制在负载扰动下的性能短板，通过优化能量管理，提高了Buck变换器在动态负载条件下的稳定性与响应速度，拓宽了其在电力电子领域的应用范围，尤其是在对动态性能要求高的系统中。通过仿真验证，证明了这种新型控制策略的有效性和实用性，对于提升开关电源的动态性能具有重要意义。