多相buck变换器峰值电流模控制的补偿
（原创实用版）
目录
一、引言
二、多相 buck 变换器的概述
三、峰值电流控制补偿的必要性
四、峰值电流控制补偿的方法
五、实验结果与分析
六、结论
正文
一、引言
随着电力电子技术的不断发展，多相 buck 变换器在工业生产和科研领域得到了广泛的应用。多相 buck 变换器具有输出电压调节范围宽、效率高、电流应力小等优点，但其控制策略相对复杂。峰值电流控制是多相 buck 变换器控制策略中的一种重要方法，但在实际应用中，由于存在非线性、时变性等因素，需要对其进行补偿，以提高系统的稳定性和响应速度。本文将对多相 buck 变换器峰值电流模控制的补偿方法进行研究，并给出实验结果与分析。
二、多相 buck 变换器的概述
多相 buck 变换器是一种串联开关型降压稳压器，主要由多个开关管、电感、电容和二极管组成。通过控制开关管的占空比，可以实现输出电压的调节。与单相 buck 变换器相比，多相 buck 变换器具有更好的输出电压纹波性能和更高的效率。多相 buck 变换器广泛应用于电力系统、通信系统、工业控制等领域。
三、峰值电流控制补偿的必要性
在多相 buck 变换器中，峰值电流控制是一种重要的控制策略。通过峰值电流控制，可以实现快速响应和精确调节输出电压。然而，在实际应用中，由于系统的非线性和时变性，峰值电流控制存在一定的不稳定性和误差。为了解决这些问题，需要对峰值电流控制进行补偿。
四、峰值电流控制补偿的方法
峰值电流控制补偿的方法主要有以下几种：
1.增量式电流控制：通过增加一个增量环节，实现对峰值电流的补偿。增量环节可以通过电阻或电容实现。
2.积分式电流控制：通过积分环节，实现对峰值电流的补偿。积分环节可以通过电容或电感实现。
3.反馈式电流控制：通过将输出电压或电流反馈到控制端，实现对峰值电流的补偿。反馈环节可以通过电阻或电容实现。
五、实验结果与分析
为了验证峰值电流控制补偿方法的有效性，进行了实验研究。实验结果表明，采用增量式电流控制、积分式电流控制和反馈式电流控制补偿方法，多相 buck 变换器的输出电压波动得到了有效抑制，系统稳定性和响应速度得到了提高。
六、结论
本文对多相 buck 变换器峰值电流模控制的补偿方法进行了研究，并通过实验验证了其有效性。
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多相buck变换器峰值电流模控制的补偿 多相buck变换器峰值电流模控制的补偿 1. 引言 多相buck变换器广泛应用于直流-直流（DC-DC）变换器、电源管理和电动汽车等领域。在这些应用中，稳定的输出电压和电流是至关重 要的。然而，由于电感和电容元件的存在，buck变换器的输出电流会出现峰值，并且可能会引发电路振荡和不稳定性问题。为了解决这一 问题，峰值电流模控制可以用于提供稳定的输出电流并改善系统性能。 2. 多相buck变换器峰值电流模控制的基本原理 多相buck变换器通常由多个互相耦合的单相buck变换器组成。在传统的多相控制中，每个相都独立地控制自己的电感电流。然而，当相 数增加时，每个相的电流波形可能会出现不均衡，导致总体输出电流 的不稳定性。峰值电流模控制通过改变每个相的工作周期来实现电流 的动态平衡。 3. 多相buck变换器峰值电流模控制的补偿机制 为了提高电流波形的稳定性，多相buck变换器通常采用峰值电流模控制的补偿机制。补偿机制通过调整每个相的电流波形，以消除不均衡性，并使得总体输出电流更加稳定。常见的补偿方法包括：增加相数、
调整相位关系、使用交叉连线和电流预测等。 1) 增加相数：增加相数可以减小每个相的电流波动幅度，从而提高电流波形的稳定性。然而，相数增多也会带来成本和布局上的挑战。 2) 调整相位关系：通过调整每个相的相位关系可以实现电流的动态平衡。通过相移控制，可以在不同相之间平衡负载，减小电流峰值，并改善系统的效率和稳定性。 3) 使用交叉连线：交叉连线是一种有效的补偿方法，通过将相邻相连接在一起，形成环路，从而实现电流波动的互相抵消。这种方法可以显著提高系统的稳定性和电流波形的平衡性。 4) 电流预测：电流预测是一种先进的补偿方法，通过对电感电流进行实时监测和预测，从而根据需要调整每个相的开关动作。这种方法可以实现更精确的电流控制，并提高系统的响应速度和稳定性。 4. 多相buck变换器峰值电流模控制的应用案例 多相buck变换器峰值电流模控制已广泛应用于电源管理、电动汽车和可再生能源等领域。在电源管理中，峰值电流模控制可以提供稳定的输出电压和电流，保护负载设备免受过载和变压器变形的影响。在电动汽车中，峰值电流模控制可以提供高效、稳定的电能转换，延长电池寿命和提高驱动电机的性能。在可再生能源系统中，峰值电流模控
电流控制技术和斜坡补偿 叶泽刚时间：2010-11-29 594次阅读【网友评论0条我 要评论】收藏 电源网讯 一、电流型控制原理及特点 原理： 电流型脉宽调制(PWM)控制器是在普通电压反馈PWM 控制环内部增加了电流反馈的控制环节,因而除了包含电压型PWM 控制器的功能外,还能检测开关电流或电感电流,实现电压电流的双环控制。控制原理框图如下图（图1）所示。
图 1 双环电流型控制器原理图 从图 1 可以看出,电流型控制器有两个控制闭合环路:一个是输出电压反馈误差放大器Ａ,用于与基准电压比较后产生误差电压;另一个是变压器初级(电感)中电流在Rs 上产生的电压与误差电压进行比较,产生调制脉冲的脉宽,使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。系统工作过程如下:假定输入电压下降,整流后的直流电压下降,经电感延迟使输出电压下降,经误差放大器延迟Vca 上升,占空比变化,从而维持输出电压不变,在电流环中电感的峰值电流也随输入电压下降,电感电流的斜率di/dt 下降,导致斜坡电压推迟到达Vca,使PWM 占空比加大,起到调整输出电压的作用。由于既对电压又对电流起控制作用,所以控制效果较好在实际中得到广泛应用。 特点：
a)由于输入电压Vi 的变化立即反映为电感电流的变化,不 经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度(电流控制环),因而使得系统的电压调整率非常好,可达到0.01%V, 能够与线性移压器相比。 b)由于双环控制系统内在的快速响应和高稳定性,反馈回路的增益较高,不会造成稳定性与增益的矛盾,使输出电压有 很高的精度。 ｃ)由于Rs 上感应出峰值电感电流,只要Rs 上电平达到 1V,PWM 控制器就立即关闭,形成逐个脉冲限流电路,使得在任何输入电压和负载瞬态变化时,功率开关管的峰值电流被控制在一定范围内,在过载和短路时对主开关管起到有效保护。 d)误差放大器用于控制,由于负载变化造成的输出电压变化,使得当负载减小时电压升高的幅度大大减小,明显改善了负载调整率。 e)由于系统的内环是一个良好的受控电流放大器,所以把电流取样信号转变成的电压信号和一个公共电压误差放大器 的输出信号相比较,就可以实现并联均流,因而系统并联较 易实现。 二、峰值电流控制与平均电流控制的比较
Buck DC/DC有二种工作模式, 第一种是连续模式 (Continuous Mode), 第二种是非连续模式 (Discontinuous Mode), 通常我们都是用第一种工作模式, 第二种只适合轻载(输出电流很小) 情况下使用。 Buck DC/DC工作於连续模式下的的占空比是由输出电压除以输入电压决定的. 输出电压和输入电压不变, 占空比不会改变的。 芯片采样输入端采集外部采样电阻上电压与内部基准电压一起通过误差放大器输出误差电压信号，然后与振荡器产生的锯齿波进行比较，从而产生PWM调制信号，实现对开关占空比的调制。 在buck的连续模式下，输出电压Vo = 输入电压Vdc×占空比D 假定Vdc, Vo均为定值，那么占空比也必然是恒定值， 问题来了，若负载电流突然变大，不是需要输入功率变大，占空比增大，使得电感存储更多的能量吗？ 矛盾的是，占空比增大了，输出电压不就改变了吗？！ 网上搜到一种说法：负载电流突然变大后，占空比先增大后减小，最后是输入电流Idc增大使输出电流增大。 请各位大大鉴定一下，这种说法是对的吗？？ 假如是对的，那么buck电路的最大输出电流是怎么确定的呢？ 在buck的连续模式下，输出电压Vo = 输入电压Vdc×占空比D 假定Vdc, Vo均为定值，那么占空比也必然是恒定值， 问题来了，若负载电流突然变大，不是需要输入功率变大，占空比增大，使得电感存储更多的能量吗？ 矛盾的是，占空比增大了，输出电压不就改变了吗？！ 网上搜到一种说法：负载电流突然变大后，占空比先增大后减小，最后是输入电流Idc增大使输出电流增大。 请各位大大鉴定一下，这种说法是对的吗？？ 假如是对的，那么buck电路的最大输出电流是怎么确定的呢？ 就在恒压模式，假如输入电流已经限制不超过某个值，输出电流不可能很大吧，
标签：BUCK 电源设计之BUCK电路-2 偶是电源方面的菜鸟，继续考虑与分析，希望能够把这部分知识给牢固掌握，并涉及最主要的点，难免有不好错误和遗漏的地方，请各位电源高手不惜指教。首先把设计需要的信息输入到我们定义参数中，如下图所示： 初步确认占空比和电感电流范围：
这里需要交代的是，我们在设计BUCK电路过程中，在需要确保负载电流范围需要保证负载不进入断续模式，按照示意图所示中，当进入断续模式时，会产生Ring的情况。 继续扩展，连续与断续的分界线为： 采用电路的特征参量去分析，确实简洁，但是并没有体现出输入电压与输出电流之间的关系 特征产量的三个参量为 1.PWM周期 2.电路的主电感量 3.电路输出负载
以上反应的关系实质上是指输出电流与占空比的关系，而输出电压一般是确定的，因此等同于输入电压与输出电流之间的关系，以上的式子并没有清晰的反应 出来，以下的推导可直观的表示出来：
可发现，如果电感选择过小，则会导致在设计电流范围内，电路进入了断续模式，而且在正常的电流变化过程中，电路在两种模式中不断变化，存在临界点，这是 不能接受的，通过选择电感后，可得到以下图形： 因此我们在选择电感和电容的初步选择，需要满足以下的关系：
电容的计算式子： 电容与电感量是有关系的，因此先选择电感量是关键。 电感和电容都是按照标准值选取的，偶找到TDK和适当的电容后贴上： 电感和电容值都要参考标准值来选取，通过以上的选取后，需要对目前的电路参 数进行验证。
电感的确定 负载电流3A,峰值电流为Ipeak为有效电流Irms的2-3倍， 电感可以这样估算，L=(Vin-Vdsat-V out)*Ton/Ipeak; Vdsat为PMOSFET的导通压降，Ton为导通时间，可见电感 愈小，峰值电流愈大，同时还要考虑电感磁芯饱(Core Saturation) 电容的取值和你要求的纹波有关Vripple.
多相buck变换器峰值电流模控制的补偿 摘要： 一、引言 二、多相buck 变换器的概述 三、峰值电流控制及其在多相buck 变换器中的应用 四、峰值电流控制的补偿方法 五、补偿方法的优缺点分析 六、结论 正文： 一、引言 在现代电力电子技术中，多相buck 变换器被广泛应用于电力系统、工业控制、通信设备等领域。其主要优点在于能够实现高效率的电压调节，以及优秀的输出电压纹波特性。然而，在实际应用中，由于负载变化、电源电压波动等因素的影响，可能导致多相buck 变换器的输出电压存在一定程度的波动。为了解决这一问题，峰值电流控制被引入到多相buck 变换器中。本文将对多相buck 变换器峰值电流模控制的补偿方法进行探讨。 二、多相buck 变换器的概述 多相buck变换器是一种DC/DC降压变换器，主要由多个开关管、电感、电容和二极管组成。通过开关管的控制，实现对输入电压的有效降压，从而得到稳定的输出电压。多相buck变换器具有电路结构简单、输出电压纹波小、效率高等优点。 三、峰值电流控制及其在多相buck 变换器中的应用
峰值电流控制是一种基于电流的控制策略，通过控制开关管的导通时间，使得电流在每一个开关周期内达到峰值，从而实现对输出电压的调节。在多相buck 变换器中，峰值电流控制可以有效提高系统的稳定性和动态响应速度，同时降低输出电压的纹波。 四、峰值电流控制的补偿方法 在实际应用中，由于多相buck 变换器存在电感、电容等元件，可能导致峰值电流控制效果受到一定程度的影响。为了解决这一问题，需要对峰值电流控制进行补偿。常见的补偿方法包括： 1.增加电感滤波器：通过增加电感滤波器，可以减小输出电压的纹波，提高峰值电流控制的效果。但是，增加电感滤波器会增加系统的成本和体积。 2.采用数字控制：通过数字控制技术，可以实现对峰值电流控制的精确调节，提高系统的控制精度。但是，数字控制需要处理大量的数据，可能会导致系统的响应速度降低。 3.使用补偿器：通过使用补偿器，可以在不改变系统结构的前提下，提高峰值电流控制的效果。常见的补偿器包括RC 补偿器、LC 补偿器等。 五、补偿方法的优缺点分析 上述补偿方法各有优缺点，需要根据实际应用场景进行选择。增加电感滤波器可以提高峰值电流控制的效果，但会增加系统的成本和体积；采用数字控制可以提高控制精度，但可能会降低系统的响应速度；使用补偿器可以在不改变系统结构的前提下提高峰值电流控制的效果，但需要考虑补偿器的参数设计。 六、结论
峰值电流模式控制总结 PWM (Peak Current-mode Control PWM) 峰值电流模式控制简称电流模式控制。它的概念在60年代后期来源于具有原边电流保护功能的单端自激式反激开关电源。在70年代后期才从学术上作深入地建模研究。直至80年代初期，第一批电流模式控制PWM集成电路（UC3842、UC3846）的出现使得电流模式控制迅速推广应用，主要用于单端及推挽电路。近年来，由于大占空比时所必需的同步不失真斜坡补偿技术实现上的难度及抗噪声性能差，电流模式控制面临着改善性能后的电压模式控制的挑战。如图1所示，误差电压信号 Ue 送至PWM比较器后，并不是象电压模式那样与振荡电路产生的固定三角波状电压斜坡比较，而是与一个变化的其 比较，然后得到峰值代表输出电感电流峰值的三角状波形或梯形尖角状合成波形信号U Σ PWM脉冲关断时刻。因此(峰值)电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。 图1采用斜坡补偿的BUCK电流型控制 1. 峰值电流模式控制PWM的优点: ①暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快；峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统，电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时快速按照逐个脉冲工作的。功率级是由电流内环控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必控制LC储能电路。由于这些，峰值电流模式控制PWM具有比起电压模式控制大得多的带宽。
②虽然电源的L－C滤波电路为二阶电路，但增加了电流内环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度得以提高并且改善了频响，具有更大的增益带宽乘积。在小信号分析时，这种电路可以忽略电感的存在。因此，在整流器的输出端，增益和相移是由并联的输出电容和负载电阻确定的。这样，电路最多只有900相移和20分贝/十倍频而非40分贝/十倍频的增益衰减。 ③输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美； ④简单自动的磁通平衡功能； ⑤瞬时峰值电流限流功能，即内在固有的逐个脉冲限流功能； ⑥自动均流并联功能。 2峰值电流型控制存在的问题 下面主要讨论峰值电流型控制存在的问题及利用斜坡补偿克服所存在问题的方法，并给出斜坡补偿的实施方案。 开环不稳定性 在不考虑外环电压环的情况下，当恒频电流型变换器的占空比大于50％时，就存在内环电流环工作不稳定的问题。然而有些变换器（如双管正激变换器）它本身工作的脉冲占空比就不能大于50％，因此不存在问题。而有些变换器的脉冲占空比不大于50％时，它的输入将会受到许多限制，如果在内环加一个斜坡补偿信号，则变换器可以在任何脉冲占空比情况下正常工作。下面介绍斜坡补偿工作原理。 图2表示了由误差电压Ve控制的电流型变换器的波形，通过一个拢动电流△I加至，当占空比<时，从图2(a)所示可以看出这个拢动ΔI将随时间的变化而减小；电感电流I L 但当占空比>时，这个拢动将随时间增加而增加，如图2（b）所示。这可用数学表达式表示： ΔI1=－ΔI0(m2/m1)(1)
“斜率补偿”是指用电流控制方式时，将一部分锯齿波电压加到控制信号上，以改进控制特性，包括消除谐波振荡。 开关电源以其高效率、小体积等优点获得了广泛的应用。近年电流型PWM技术得到了飞速发展。相比电压型PWM，电流型PWM具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得到明显的改善。 与电压型PWM比较，电流型PWM控制在保留了输出电压反馈控制外，又增加了一个电流反馈环节，给环路调试带来了一定困难。这种困难不仅仅是由双环反馈带来的，还要考虑通过电流环引入的谐波干扰。另外，电流采样信号通常来自于变压器原边，有比较大的开关噪声，特别是对于大功率模块会对环路的稳定性有很大的影响。 电流模式变换器工作在占空比大于50%和连续电感电流的条件下，会产生谐波振荡，这种不稳定性与稳压器的闭环特性无关。既然是独立于系统环路之外的扰动信号，就可以在保证系统环路稳定并具有一定的系统裕量的前提下，对电流环扰动单独处理。斜率补偿是比较常用的方法，现将其基本的补偿原理以及实际工作中使用的几种典型电路加以分析整理。 1 谐波振荡产生的原因 在t0时刻，开关管导通，使电感电流以斜率m1上升,该斜率是输入电压除以变压器原边电感的函数。t1时刻，电流取样输入达到由控制电压建立的门限，开关管关断，电流以斜率m2下降,直到下一个振荡周期开始。如果此时有一个扰动加到控制电压上，产生一个小的,就会出现不稳定情况。在一个固定的振荡周期内，电流衰减时间减少，最小电流在开关接通时刻(t2)上升了。接下来电感最小电流在会下一个周期(t3)减小至。在每一个后续周期，该扰动被m2m1相乘，在开关接通时交替增加和减小电感电流，要经过几个振荡周期电感电流减为零，使过程重新开始。由图示可知，如果m2/m1大于1，变换器将不能稳定工作。 另一方面，如果采样电流上升斜坡斜率较小，扰动信号同样会叠加上去，如果扰动尖峰过大，叠加之后的信号就会使PWM控制器内电流比较器误触发而翻转。
BUCK变换器设计报告 一、BUCK变换器原理 降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。 二、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器的设计方法 利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取
性能优良的模型进行电路搭建。 2、主电路的设计指标 输入电压：标称直流48V，范围43~53V 输出电压：直流24V，5A 输出电压纹波：100mV 电流纹波：0.25A 开关频率：250kHz 相位裕量：60° 幅值裕量：10dB 3、BUCK主电路 主电路的相关参数： 1=4×10-6s 开关周期：T S= s f 占空比：当输入电压为43V时，D max=0.55814 当输入电压为53V时，D min=0.45283
输出电压：V O =24V 输出电流I O =5A 纹波电流：Δi L =0.25A 纹波电压：ΔV L =100mV 电感量计算：由Δi L =2L v -V o max -in DT S 得： L=L o max -in i 2v -V ΔD min T S=25 .022453⨯-×0.4528×4×10-6 =1.05×10-4 H 电容量计算：由ΔV L =C i L 8ΔT S 得： C= L L V 8i ΔΔT S = 1 .0825 .0⨯×4×10-6=1.25×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。 实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR 在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取R ESR =50m Ω。 4、主电路的开环传递函数 in ESR ESR V sC R R sL sC R R s d ) 1//() 1 //()(s V s G O vd +++==）（）（ ) (s )1(C 1)1(s G 2 vd C R R L R R L s V C sR ESR ESR in ESR +++++=）（
Buck环路补偿是电力电子转换器设计中的一个重要概念，特别是在设计高效率的Buck转换器时。它涉及到控制环路的稳定性和性能。在这个问题中，我们将讨论如何计算Buck环路补偿。 首先，我们需要理解Buck转换器的工作原理。Buck转换器是一种降压转换器，其基本工作原理是通过开关元件（通常是MOSFET）的周期性开关，将输入电压转换为输出电压。在这个过程中，控制环路的任务是保持输出电压的稳定。 然而，由于电路中的电感和电容等元件的存在，控制环路可能会受到各种因素的影响，导致系统不稳定。为了解决这个问题，我们需要引入环路补偿。环路补偿的目的是改善控制环路的性能，使其能够更好地跟踪参考信号，从而保持输出电压的稳定。 环路补偿的计算通常涉及到系统的开环传递函数和闭环传递函数。开环传递函数描述了没有控制器的情况下，系统对输入信号的响应。闭环传递函数则描述了有控制器的情况下，系统对输入信号的响应。通过比较这两个传递函数，我们可以计算出需要添加的补偿。 具体的计算方法通常涉及到一些复杂的数学公式，这里我们只给出一个简化的例子。假设我们的Buck转换器有一个二阶的控制环路，其开环传递函数为： G(s) = K * (1 + T * s) / (s^2 + 2 * T * ω_n * s + ω_n^2) 其中，K是开环增益，T是时间常数，ω_n是自然振荡频率。闭环传递函数为： G_cl(s) = G(s) * C(s) 其中，C(s)是控制器的传递函数。我们的目标是找到一个补偿C(s)，使得闭环系统的相位裕度和增益裕度满足要求。这通常需要通过计算机辅助设计软件或者试错法来完成。 总的来说，Buck环路补偿的计算是一个复杂的过程，需要对电力电子和控制系统理论有深入的理解。但是，通过正确的设计和优化，我们可以使Buck转换器达到更高的效率和更好的稳定性。
多相buck的工作原理 多相Buck转换器是一种常见的DC-DC转换器，主要用于降低电压。它通常使用单个开关器件和多个输出线圈。相比之下，单相Buck只有一个输出线圈。这篇文章将详细介绍多相Buck转换器的工作原理，以及它们用于检测和控制输出的方式。 1. 多相Buck转换器的工作原理 多相Buck转换器在工作时将电压降至所需级别，并将它们送到负载或其他电路中。多相转换器将输入电压变为更低电压的输出电压。下面是一个典型的多相Buck转换器的工作原理： 步骤1：开始 在这个步骤，输入电压从电源中提取，绕过开关，充电电容并存储能量。输入电压由输入电阻分流，使开关的基极形成硬性驱动。在此步骤中，整个电路处于待机状态。 步骤2：开关 在这个步骤中，开关是用于磁场建立的关键元素，通过将电容器上的电荷放到互感线圈上，开关会把互感线圈变成磁场。这样就使电流在互感线圈中流动，增加互感线圈的磁场并减少开关和地之间的电压。 步骤3：输出
当开关关闭时，差压与电容器电压相等。电荷通过电感线圈和负载放电。输出电压是通过控制占空比的方式实现的。 步骤4：结束 当处理器检测到达到预设输出电压时，电路最终处于关键状态。这时候，整个电路处于关闭状态。 2. 检测和控制输出 多相Buck转换器的标志之一是它能够应对负载变化。不同的输出同时运作，共享电流和负载。这样，较低的电流让更高的电路安全地继续工作，负载减小时，更多的相素也加入电路使电路保持稳定。 为了保持输出电压稳定，多相Buck转换器通常使用负反馈控制，这是一个进一步提高系统精度和减少漂移的技术。控制环路中的低通滤波器可防止由负载改变或噪声引起的瞬时变化。控制方程通常采用基于PID的算法，这是一种常见的控制方式，其中采用三个控制变量：比例、积分和微分。这个控制策略可以保持系统稳定性，保持轨迹追踪，并对非线性系统进行补偿。 多相Buck转换器还能够在更宽的输入电压范围下工作。变换时间通常会比单相Buck转换器短，这意味着它可以在电路中使用更高级别的电子产品，且具有较高的转换效率、抗辐射干扰性和EMI能力。它也被用于各种应用程
基于PID控制方式的8A开关电源Psim 仿真研究 学院：延陵学院 专业：电气工程及其自动化 班级：07电Y2 姓名：** 学号：******** 时间：2010年12月12日
现代仪器电源课程综合论文 1.引言 开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。 常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD 控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。 2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计 Buck变换器最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck 族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。 2.1设计指标 输入直流电压(V IN)：15V； 输出电压(V O)：5V； 输出电流(I I N)：8A； 输出电压纹波(V rr)：50mV； 基准电压(V ref)：1.5V； 开关频率(f s)：100kHz。 Buck变换器主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR。
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 Small signal modeling and Compensation network design for Non- ideal Buck Converter Wu Jiawang (Shanghai Institute of Space Power-Source, Shanghai) Abstract: Buck converter is a typical DC/DC converter, and its small signal modeling is an important means to analyze its stability and transient response. Taking into account the influence of the parasitic parameters of the switching devices and power components on the converter, for non-ideal Buck converters, the switching tube is turned on and off in one cycle, and a continuous working mode of AC is established. Effective circuit model; based on the small-signal mathematical model, design the feedback control loop, and based on the simulation control loop amplitude-frequency and phase-frequency characteristics, design the compensation network to improve the
东南大学 硕士学位论文 降压型DC-DC中自适应斜坡补偿电路的设计 姓名：薛彦红 申请学位级别：硕士 专业：集成电路设计 指导教师：吴金 20090409 摘要 摘要 电流模ＤＣ．ＤＣ开关电源冈其响应速度快、稳定性高、增益带宽大等特点而得到广泛的应用。加入斜坡补偿可以改善峰值电流模在占空比大于５０％时存在的系统开环不稳定性，但是过补偿量会导致系统的带载能力大大降低，甚至由电流模系统退化为电压模，因此需要取合适的补偿量。在这一背景下，本文设计了一款基丁．自适应斜坡补偿电路的降压型ＤＣ．ＤＣ转换器，输入电压Ｖｉ。范围为２．５—５．５Ｖ，输出电压Ｖｏ范同为Ｖ他ｒＶｉｎ，采用ＰＷＭ／ＰＦＭ切换控制，ＰＷＭ信号工作频率为１．２ＭＨｚ。 斜坡补偿的补偿量很重要，它关系到系统带载能力的大小，文中对分别加入分段线性斜坡补偿和具有二次特性的自适应斜坡补偿在不同占空比区间进行仿真比较，并且对这两种补偿电路波形进行分析和对比，通过分析比较，选择具有二次特性的自适应斜坡补偿进行补偿。
在完成系统和电路设计的基础上，对具有二次特性的自适应斜坡补偿模块进行版图的规划和布局，运用Ｃａｄｅｎｃｅ的Ｖｉｒｔｕｏｓｏ软件完成版图设计．并对版图进行ＤＲＣ、ＬＶＳ设计规则检查。 采用ＣＳＭＣ０．５９ｍＣＭＯＳ工艺，用Ｃａｄｅｎｃｅ对系统的各种特性进行仿真验证。首先验证系统的静态特性，可驱动的最大负载为５００ｍＡ．输出电压最小值为１．２Ｖ，最高可达Ｖｉｎ，输出电压纹波的最大值为１４ｍＶ；其次，验证系统的动态特性，系统的动态响应时间在６０９ｓ左右，输出电压变化的最大值为１１０ｍＶ：对负载调整率进行仿真，验证了系统具有良好的负载调整率：整个系统的峰值切换电流为１４０ｍＡ，负载切换电流为４０ｍＡ左右。关键词；斜坡补偿，转换效率。ＰＷＭ／ＰＦＭ自动切换，纹波，版图 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ・ｍｏｄｅＤＣ—ＤＣｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｈａｓｇａｉｎｅｄａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｌａｒｇｅｇａｉｎ－ｂａｎｄｗｉｄｔｈ．ＡｄｄｉｎｇｓｌｏｐｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＣａｌｌｓｏｌｖｅｔｈｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｏｐｅｎ－ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｐｅａｋｃｕｒｒｅｎｔｍｏｄｅ，ｗｈｉｃｈｏｃｃｕｒｓｗｈｅｎｔｈｅｄｕｔｙｃｙｃｌｅｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ５０％．Ｂｕｔｔｈｅｏｖｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗｉｌｌｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｌｏａｄｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｏｒｅｖｅｎｔｕｒｎｓｉｎｔｏａｖｏｌｔａｇｅ—ｍｏｄｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ．ｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｎｅｅｄｓｔｏｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏ
BUC度换器设计报告 、BUC1变换器原理 降压变换器( Buck Converter )就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。 二、BUC1主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器的设计方法 利用MATLAB^口PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标 选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。 2、主电路的设计指标 输入电压：标称直流48V,范围43〜53V 输出电压：直流24V，5A 输出电压纹波：100mV 电流纹波：0.25A 开关频率：250kHz
相位裕量：60° 幅值裕量：lOdB 3 、BUCK主电路 主电路的相关参数: 开关周期：T s=-=4XlO-6s 占空比：当输入电压为43V 时，D max=0.55814 当输入电压为53V 时，D min=0.45283 输出电压：V o=24V 输出电流l o=5A 纹波电流：△L=0.25A 纹波电压：△V L=100mV 电感量计算：由W^DT S得:
L= Vin-rna^D mig 53 24 X 0.45 28 X 4X 10-6=1.05 X 10“ 2A i L 2 0.25 V L=|C T S得: 电容量计算：由A C= A i L T S=0.25 X 4 X 10-6=1.25 X 10-6F A V L 8 0.1 而实际中 ,考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响， 的取值一般要大于该计算值，故取值为120 U F o 实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的 ESR在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些 种类电容的ESR甚至高达数欧。ESR的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取 R ESR=50m Qo 4、主电路的开环传递函数 取R ESF=50mQ, R=4.8Q, C=120u F, L=105u H, V R48V, 可得传递函数为: 在MATLAB中根据开环传递函数画出Bode图: >> clear >> num0=[2.88e-4,48]; >> den 仁[1.27313e-82 7875e-5,1];