串联谐振变换器DCM建模与电流控制：注入-吸收法与补偿设计

本文主要探讨了串联谐振变换器在2015年2月发表的工程技术论文中，针对断续模式（DCM，Discontinuous Conduction Mode）下的建模与控制方法。作者彭丽、刘庆想、张政权和李伟来自西南交通大学，他们针对不考虑变压器的简单串联谐振变换器架构进行了深入研究。 在直流-直流变换器的设计中，谐振变换器因其变频控制、低开关损耗和减小高频噪声的优点而备受青睐。在连续工作模式下，常用的建模方法包括扩展描述函数法和DQ等效法，但它们并不适用于电流不连续模式，也就是断续模式。为了克服这一局限，文章引入了注入-吸收电流法，这是一种在两种工作模式下都适用的建模策略。 文章首先构建了串联谐振变换器在DCM下的等效电路，通过注入-吸收电流的方法，成功地得到了变换器在控制输出方面的小信号传递函数。这种传递函数提供了深入理解系统动态性能的关键，特别是在分析系统稳定性、瞬态响应和控制性能方面。 作者通过仿真实验，将变换器的实际输出波形与传递函数预测的开环输出波形进行对比，验证了所推导传递函数的准确性。进一步使用Matlab的SISO工具，获得了系统的开环幅频特性曲线和相频特性曲线。这些特性分析有助于确定系统的穿越频率，即当开环增益下降到-3dB时对应的频率，以及幅值和相角裕度，这对于确保系统在实际应用中的稳定性至关重要。 在研究的基础上，作者优化设计了一个补偿网络，使得在补偿器控制下，系统的穿越频率提升到了4.52 kHz，同时保持了良好的幅值裕度（53.3 dB）和相角裕度（78.3°）。这样的改进显著提高了系统的动态性能和稳定性，从而在实际工程应用中表现出更好的响应特性。 这篇论文不仅展示了如何在DCM下有效地建模串联谐振变换器，而且还探讨了如何通过精确的控制策略来优化系统的性能，这对于电子工程师理解和设计此类高性能变换器具有重要的参考价值。