单周控制DC/DC变换器：交流小信号模型与设计分析

"本文主要探讨了单周控制理论在DC/DC变换器中的应用，特别是Buck、Boost和Buck-Boost三种基本拓扑结构。文章建立了一种统一的控制方程和交流小信号模型，旨在提高变换器对输入电源电压扰动的瞬时响应能力。单周控制方法能够在单个开关周期内有效抑制电源侧的扰动，提供更快的动态性能。" 在DC/DC变换器的设计中，单周控制是一种先进的控制策略，它能够改善传统的脉宽调制（PWM）控制方式的不足。传统的PWM控制通过线性调节占空比来减少输出误差，但在面对输入电源电压的快速变化时，响应速度较慢，可能导致瞬态过冲。电流控制模式虽然能部分缓解这个问题，但因电感电流斜率的不确定性，仍然无法在单个开关周期内完全消除电源电压的影响。 单周控制，又称为单周期控制，其核心在于保持受控量的平均值在每个开关周期内与控制参考信号一致或成比例。这种控制方式在固定频率下运行，能迅速响应电源电压扰动，实现快速的瞬态响应。在单周控制下，受控量的积分在每个时钟周期内被精确调整，从而确保了控制效果。 对于Buck、Boost和Buck-Boost三种DC/DC变换器，它们在单周控制下的工作原理有所不同，但都能利用该控制策略提升性能。Buck变换器通常用于降压，Boost变换器用于升压，而Buck-Boost则既可以升压也可以降压，这三种变换器在单周控制下的交流小信号模型是建立在统一控制方程基础上的，这种模型有助于分析和设计更高效、更稳定的变换器。 文章中提到了建立的交流小信号模型是规范化和统一的，这意味着这些模型可以应用于不同类型的DC/DC变换器，简化了设计过程。基于这个统一模型，作者设计了一个具体的Buck变换器实例，进一步验证了单周控制的有效性和实用性。 单周控制DC/DC变换器的优势在于提高了动态性能，减少了瞬态过冲，尤其在应对电源电压波动时表现出色。这一技术对于需要快速响应和高稳定性的应用，如电力电子、航空航天和通信设备等领域具有重要意义。通过深入理解单周控制原理和相应的交流小信号模型，设计者可以更好地优化变换器的性能，实现更高效、更稳定的电源转换。