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功率守恒建模方法

作者: 時間:2012-09-25 來源:網絡 收藏

  以電流型控制的Buck-Boost電源系統為例,用瞬時法(tellegen定理)推導該系統電壓環開環 時的傳遞函數。圖1所示為電壓環開環、電流型控制的Buck-Boost電源系統圖。r(t)為外加斜坡函數。


  圖1 電壓環開環、電流型控制的Buck-Boost電源系統圖

  用電壓型控制方案難以設計出閉環性能良好的Buck-Boost開關電源,而用電流型控制,則可以設計出瞬 態性能好的系統。我們關心的是,用電流型控制能否消除Buck-Boost轉換器固有的RHP零點影響?

  假設所設計的電流型控制的開關電源系統有如下特點:

  (1)峰值控制模式,并運行于CCM模式;

  (2)電路和器件是理想的,沒有寄生參數,因此開關支路的瞬時功率為零;

  (3)用平均電路模式計算,忽略電感電流的高頻紋波,則iL平均值約等于其峰值iLP,即iL≈iLP;

  (4)忽略外加斜坡函數r(t)的斜率,則iLPRi=ue-r(t)≈ue。

  圖2給出Buck-Boost轉換器的平均線性電路模型,各變量都用平均值計算。

  由Tellegen定理,有

由KCL:

  已知uC=uo,取擾動,令 忽略二階小項,將穩態量與瞬態量分離,得到線性時域小信號模型。再取拉普拉斯變換,經過整理,可以得到峰值電流控制,電壓環開環的Buck-Boost電源系統輸出電壓:

  因為Buck-Boost電路的電壓比是負的,所以ao和bo都為負。圖3所示為電壓環開環峰值電流控制的Buck-Boost電源系統的框圖。它由三個方框組成,其傳遞函數分別為:bo、ao(1-sTz)、1/(1+sTp)



 圖2 Buck-Bccst轉換器平均模型   圖3 電壓環開環峰值電流控制的

  輸入為:ui(s)、ue(s)、輸出uo(s)。

  ui(s)=0時,該系統的控制一輸出傳遞函數為

  由式(13-56)可知,控制一輸出傳遞函數有一個RHP零點1/Tz,一個LHP極點-1/Tp,屬于一階非最小相位系統。當沒有電流負反饋時,Buck-Boost開關轉換器是二階電路;而現在有電流負反饋,系統降為一階。其原因是:電感電流不再是獨立變量,而受ue控制。利用式(13-56)可以進一步設計電壓控制器。

  由式(13-55)可見,當ue(s)=0時,電壓環開環、峰值電流控制的Buck-Boost電路的音頻紋波衰減率為

  式(13-57)說明,音頻紋波衰減率A(s)沒有零點,只有極點-1/Tp。



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