CCM模式Boost开关变换器的非线性建模和仿真. .pdfVIP

CCM模式Boost开关变换器的非线性建

模和仿真

CCM模式Boost开关变换器的非线性建模和仿真

类别：电源技术

DC-DC开关源具有高效率、高可靠性等优点,但由于PWM开关变换器是

强非线性时变电路,要准确找到其解析解相当困难。找到合适的模型进行仿真,

对DC-DC开关电源的设计具有重要的作用。本文以开关元件平均模型法为

基础,同时运用了时间平均等效电路法、能量守恒法,研究了Boost变换器。在

考虑功率MOSFET管导通电阻、二极管正向压降和导通电阻、电感的等效串联电

阻、电容的等效串联电阻、电感电流纹波的非理想的情况下,研究基本变换器在

连续工作模式(CCM)下的电路平均模型,导出传递函数,进行稳态和动态小信号特

性分析。应用Matlab进行仿真和研究。1CCM下非理想Boost变换器建

模图1所示为Boost变换器,图2为考虑变换器寄生参数所得到的等效电

路。其中,功率开关MOSFET等效为理想开关和导通电阻Ron的串联,二极管等效

为理想开关、正向压降VF、导通电阻RF的串联,RL、Rc分别是电感、电容

的等效串联电阻(ESR)。令开关S的开关周期为Ts,导通时间为Ton,则占空

比D=Ton⁄Ts。可以依次建立Boost变换器的大信号模型和小信号模型。图1

Boost变换器。图2考虑寄生参数的等效电路。1.1Boost变换器大

信号模型考虑纹波影响的Boost变换器电感电流及开关电流:且平均

电感电流,电流纹波△iL=。电感电流一个周期的有效值为:电感电阻的导

通损耗功率为:所以电感电阻RL在一个周期内的等效电阻为:同样,

通过开关S电流的有效值为:该电流的平均值：PRON为Ron的导通

损耗功率,R‘on为Ron的等效电阻。同样可以得到RF的等效电阻:

根据式(7),R′on在电感支路中的电阻值可等效为:R′F在电感支路

中的电阻值可等效为:再将三个串联的等效电阻合并,得到电感支路中的

总等效电阻为:将二极管正向压降VF折算到电感支路,由：求得VF

的等效压降为(1-D)VF。我们已经根据能量守恒原理将两个开关的寄生

参数等效到电感支路中,再利用开关元件平均模型法,用电流控制电流源代替有

源开关元件S,电压控制电压源代替无源开关元件D,即可得到如图3所示的大信

号平均模型。图3CCM下非理想Boost变换器的大信号平均模型1.2

直流等效模型对变量进行分解,分解为直流分量与交流小信号分量之和,

即：则：使电感短路,电容开路,即得到图4所示的Boost变换器的DC模

型,再根据式(12)可得到：图4CCM下Boost变换器的DC模型。1.3

小信号等效模型假设小信号分量|^vi|由此可得到非理想Boost

变换器在CCM模式下的小信号线性等效模型,如图5所示。图5CCM下Boost

变换器的小信号模型根据图5可算得(1)输出电压^vo(s)对输入电压^vi

(s)的传递函数Gvi(s)：(2)输出电压^vo(s)对控制变量^d(s)的

传递函数Gvd(s)：其中