开关电源小信号建模与非线性优化技术

"该文主要探讨了开关电源的小信号建模和非线性优化方法，以解决传统开关电源输入电流中的谐波问题。通过在电压环和电流环中实施补偿，利用电流注入法构建数学模型，并通过仿真和实验验证了模型的有效性。文章详细介绍了电流注入法的建模思路，包括将电路的非线性部分和线性部分分离，以及在不同条件下得到的小信号传递函数。此外，还讨论了电压环补偿网络参数的优化，以减少输出电压的二次谐波成分，确保系统的稳定性和响应速度。" 在开关电源的设计中，输入电流的谐波成分是一个重要的问题，因为它不仅对电网造成影响，还可能导致其他设备的运行效率降低。传统开关电源的功率因数较低，通常在0.5到0.65之间，这加剧了谐波问题。为解决这一问题，研究者们提出了多种优化策略，其中包括本文所采用的电流注入法。 电流注入法是一种有效的建模手段，它将开关电源的非线性组件（如开关管、二极管和电感）与线性组件（电容和电阻）分开考虑。通过对开关动作的分析，建立了包含电源低频和开关高频的数学模型。在分析过程中，着重关注开关频率远高于电源频率的情况，以便更准确地描述系统动态。 模型建立完成后，文章进一步讨论了电压环补偿网络的参数优化。考虑到输出电压中的二次谐波，设计变量被用来表达电压环的目标函数，即最小化线纹波电压增益。优化的目标是在保证系统稳定性的前提下，适当调整电压环的带宽，使其交越频率位于62.8rad/s到125.6rad/s之间，以平衡电流畸变和系统响应速度。 通过这样的建模和优化，作者通过仿真和实验两方面的验证，证明了这种方法在改善开关电源性能和降低谐波影响方面的有效性。这种非线性优化策略对于提高开关电源的效率和功率因数，减少对电网的谐波污染具有重要意义。