非理想Buck变换器小信号建模及补偿网络设计 .pdfVIP

非理想Buck变换器小信号建模及补偿

网络设计

摘要：Buck变换器是一种典型的DC/DC变换器，其小信号建模是分析其稳定

性和暂态响应的重要手段。考虑到开关器件及功率元器件的寄生参数对变换器造

成的影响，因此针对非理想Buck变换器，在一个周期内开关管导通和关断两种

工作状态，建立了连续工作模式的交流等效电路模型；在小信号数学模型基础上，

设计反馈控制回路，在仿真控制环路幅频和相频特性基础上，设计补偿网络以提

高系统的稳定性和瞬态响应，并通过Saber仿真及实验平台进行验证。

关键词：非理想Buck变换器；小信号建模；反馈控制；补偿网络

SmallsignalmodelingandCompensationnetworkdesignforNon-

idealBuckConverter

WuJiawang

(ShanghaiInstituteofSpacePower-Source,Shanghai)

Abstract:BuckconverterisatypicalDC/DCconverter,andits

smallsignalmodelingisanimportantmeanstoanalyzeitsstability

andtransientresponse.Takingintoaccounttheinfluenceofthe

parasiticparametersoftheswitchingdevicesandpowercomponentson

theconverter,fornon-idealBuckconverters,theswitchingtubeis

turnedonandoffinonecycle,andacontinuousworkingmodeofACis

established.Effectivecircuitmodel;basedonthesmall-signal

mathematicalmodel,designthefeedbackcontrolloop,andbasedonthe

simulationcontrolloopamplitude-frequencyandphase-frequency

characteristics,designthecompensationnetworktoimprovethe

stabilityandtransientresponseofthesystem,andverifiedbySaber

simulationandexperimentplatform.

Keywords:non-idealBuckconverter;smallsignalmodeling;

feedbackcontrol;compensationnetwork

0引言

在卫星电源控制器（PCU）中，充电调节器（BCR）需要具备抗扰动能力，

[1]

BCR包含Buck、Cuk、Sepic等拓扑。随着DC/DC变换器的开关频率越来越高，

[2]

对变换器的建模提出了更高的要求。传统的电力电子电路建模建立在理想化条

件下，未考虑器件及电路寄生参数的影响，所建立的模型与实际电路存在差异。

[3]

本文即以Buck变换器为例，采用状态空间平均法进行建模，分析CCM模式下器

件特性对变换器的影响，空间电源领域的负载大多为脉动负载，同时输入端存在

电压扰动，因此控制器需要保证输出母线电压的稳定，同时需要设计控制回路，

为直流变换器的设计与分析提供参考。

1非理想Buck变换器建模

Buck电路是具有降压功能的DC/DC变换器，其输入电压和输出电压极性相同，

变换器主电路如图1所示，由开关器件，滤波电感