单周控制DC/DC变换器：原理、建模与设计

"单周控制DC/DC变换器的交流小信号模型与设计" 单周控制技术在DC/DC变换器中的应用提供了一种高效抑制电源扰动的方法，它能在一个开关周期内迅速响应，从而改善系统的瞬态性能。这种控制策略的核心是保持受控量的平均值与控制参考信号一致或成比例，以实现恒频控制。 DC/DC变换器的常见拓扑结构包括Buck、Boost和Buck-Boost变换器。在单周控制下，这些变换器的工作原理如下： 1. Buck变换器：这是一种降压变换器，通过改变开关S1的占空比D，调整负载上的平均输出电压。在单周控制中，通过实时调整D，确保输出电压在每个开关周期内跟踪参考电压。 2. Boost变换器：这是一种升压变换器，通过占空比控制，使得输出电压高于输入电压。单周控制下，同样通过快速调整D来应对输入电压变化，保证输出电压稳定。 3. Buck-Boost变换器：这种变换器既能升压也能降压，其输出电压的极性与输入电压相反。在单周控制模式下，通过控制开关以确保输出电压的精确调节。 建立交流小信号模型是分析系统动态行为的关键。对于Buck、Boost和Buck-Boost变换器，都可以建立统一的控制方程，然后构建它们在单周控制下的交流小信号模型。这个模型通常包含一阶和二阶环节，用于描述系统对小幅度输入信号（如电源电压扰动）的响应。 规范化统一模型简化了设计过程，使得设计者能够基于同一个模型来分析和设计不同拓扑的DC/DC变换器。在设计Buck变换器时，可以利用这个模型来确定控制器参数，如比例积分（PI）控制器的系数，以实现期望的闭环性能，如快速的瞬态响应和良好的稳态精度。 在实际应用中，单周控制的优势在于其快速的动态响应和良好的抗扰能力。然而，设计时需考虑以下几点： - 开关频率的选择：频率越高，系统的瞬态响应越快，但也会增加开关损耗。 - 控制器设计：必须确保控制器能够在整个工作范围内稳定运行，同时抑制噪声和干扰。 - 系统稳定性分析：需要通过波特图等工具分析闭环系统的稳定性，避免振荡或其他不稳定行为。 单周控制技术为DC/DC变换器提供了更为灵活和高效的控制方案，尤其是在处理电源电压波动和提高系统动态性能方面。通过深入理解单周控制的工作原理和交流小信号模型，设计师能够优化变换器的性能，使其适应各种应用需求，如网络通信设备、电池管理系统和电力电子系统。