Buck型变换器的线性化小信号补偿前馈控制

B u c k电路小信号分析 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】1. B u c k 电路小信号线性化交流模型为：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=-=+-=)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~o o o t d I t i D t i R t u t i dt t u d C t d V t u t u D dt t i d L L L in L in in L（1-1）2. Buck 电路小信号交流模型等效电路图2-1Buck 电路小信号交流模型等效电路 3. 传递函数()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=++===112020s R L LCs V s d s v s R L LCs D s v s v g s v o s d g o g （3-1）谐振频率Hz LC f 3.503210==π --------徐德鸿.电力电子系统建模及控制.机械工业出版社，2005.4. 主电路参数设计（1）输入直流电压in V ：100V（2）输出电压o V ：50V ， 纹波系数：00001≤δ（3）占空比：5.0o ==inV V D （4）负载：Ω=10R（5）功率：W R V P 2502o == （6）开关频率：kHz f s 10=（7）开关管由于是小功率DC-DC 变换器，所以选用功率MOSFET 作为开关器件，MOSFET 的型号选择IRF250（V U DS 200=,A I D 30=,()Ω=085.0on DS R )。

（8）电感电感的大小决定了开关电源主回路处于CCM 还是DCM 模式，由Buck 电路工作于电感电流连续状态下的条件：21D RT L S -≥（4-1） 得：S RT D L 21-≥ （4-2）所以mH L 25.0≥,取mH L 1=（9）电容电容的作用是保持恒定的输出电压，可根据允许的输出电压纹波值来选择电 容的大小：所以F C μ5.62=，取F C μ100=--------[1]裴云庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用[M].机械工业出版社，2010.[2]英飞凌公司.IRF250数据手册.[3]巩鲁洪,曹文思.基于BUCK 变换器的建模与设计[J].科学之友,2008.5. 扰动信号占空比扰动：)2sin()(~t f d t d sd π=其中： 005.05.01001=⨯≤d kHz kHz f sd 110101=⨯≤输入电压扰动：)2sin()(~t f u t u su in π=其中： V V u 5.0501001=⨯≤kHz kHz f sd 110101=⨯≤负载扰动：)2sin()(~t f i t i si o π=其中： A A I 05.051001=⨯≤kHz kHz f sd 110101=⨯≤6. 仿真因素电路与小信号模型对比输入电压小扰动)(~t u in占空比小扰动)(~t d →输出电压)(~o t u 纹波等稳态性能负载小扰动7. 仿真结果分析电路与小信号模型对比，模型是否精确？加各种扰动，对输出电压的影响？。

Buck型变换器的输入电压全补偿前馈控制摘要：为消除由输入电源扰动引起的输出电压工频纹波，改善DC/DC变换器动态性能，根据平均变量建模思想，为电压型PWM控制的Buck型变换器，建立连续导电工作模式(CCM)下统一的平均变量等效电路，分析等效电路并根据不变性原理提出输入电压全补偿前馈控制原理及实现方法。

采用该方法的Buck型变换器可完全补偿输入电压扰动，其输出电压对输入电压扰动具备动态不变性。

仿真研究结果验证了本文前馈控制原理及实现方法的正确性。

叙词：平均变量不变性原理前馈控制全补偿动态不变性Abstract：To improve the dynamic performance of DC/DC converter against input voltage disturbance, and eliminate the low frequency ripple of output voltage, a uniform average equivalent circuit is established for buck series converters under voltage mode PWM control and in continuous conduction mode. According to the invariance principle and the equivalent circuit analysis, fully compensated input voltage feedforward control method and its implementation is presented. The buck series converter using this control method can fully compensate for the input voltage disturbance deviation, and achieve the dynamic invariance of output voltage against the input disturbance. Simulation results verify the correctness of the fully compensated input voltage feedforward control method and its implementation.Keyword：Average variable, Invariance principle, Feedforward control, Full compensation, Dynamic invariance1 前言DC/DC变换器是构建开关电源等许多其他类型电能变换器的核心组成部分。

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 ConverterWu Jiawang(Shanghai Institute of Space Power-Source, Shanghai)Abstract: Buck converter is a typical DC/DC converter, and itssmall 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 thestability and transient response of the system, and verified by Saber simulation and experiment platform.Key words: non-ideal Buck converter; small signal modeling; feedback control; compensation network0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，BCR包含Buck、Cuk、Sepic等拓扑[1]。

宽输入电压范围Buck型变流器小信号环路顾亦磊;吕征宇;陈世杰【摘要】Buck型变流器的功率级小信号传递函数会随输入电压变化而变化,对于宽输入电压范围的应用,会出现稳定性和动态不能兼顾的问题.详细分析了Buck型变流器小信号特性,总结了通常的设计方法,并且提出了采用输入电压作为补偿量去影响PWM锯齿波斜率的方案,从而抵消功率级中输入电压的影响.给出了一次侧控制和二次侧控制时具体的输入电压补偿电路.采用补偿电路的Buck型变流器在不同输入电压下环路增益的博德图一致性非常好,变换器能够取得较好的稳定性和动态.该方案解决了宽输入电压范围Buck型变流器的小信号设计问题,使得Buck型变流器更加适合于系统集成.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2010(025)012【总页数】6页(P97-102)【关键词】小信号;半桥;动态特性;相位裕量【作者】顾亦磊;吕征宇;陈世杰【作者单位】浙江大学电气工程学院,杭州,310027;浙江大学电力电子技术国家重点实验室,杭州,310027;浙江大学电气工程学院,杭州,310027;台达上海设计中心,上海,201209【正文语种】中文【中图分类】TM46;TM131 引言系统集成是电力电子今后发展的方向，电力电子标准模块的研究是系统集成中一项重要的工作。

当形成了一系列标准模块之后，在开发电源系统时只需要将这些标准模块进行合理的拼装和组合即可。

这些标准模块最基本的要求是通用性，即有尽量宽的适应性[1-5]。

Buck型变流器是用得非常广泛的一类变流器，隔离型的 Buck变流器有全桥、半桥、推挽和正激等。

这些拓扑也是系统集成的优选拓扑，对它们的效率、应力、EMI等方面已经有较多的研究[6～10]。

但是对于宽范围Buck型变流器如何设计小信号环路才更能适合系统集成标准化的要求研究得并不多[11-13]。

对于目前工业界已经标准化的砖块电源以及负载点电源也都是宽输入电压范围，并且采用的拓扑也多为 Buck型变流器，对稳定性和动态的要求都非常高。

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基于小信号模型的新型Buck变换器补偿网络设计夏兴国;陈乐柱;潘小波;张庆丰【摘要】对Buck变换器主电路在CCM工作模式下进行动态小信号分析,详细推导其状态方程得出小信号模型.先后设计3种闭环控制补偿网络,即PD,PID和双极点-双零点补偿网络,推导出补偿网络后系统的开环传递函数,由Matlab仿真出补偿网络补偿前后的开环传递函数的伯德图.结果表明,双极点-双零点补偿网络设计后,相角裕度为51.1°,稳态误差为0,在高频段幅频特性的下降频率为-40 dB/dec,获得了更好的稳态和动态性能,能更好地抑制高频干扰,这对研究其他开关电源有着非常好的借鉴作用.【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】7页(P52-58)【关键词】Buck变换器;补偿网络;CCM模式;小信号模型;双极点-双零点【作者】夏兴国;陈乐柱;潘小波;张庆丰【作者单位】马鞍山职业技术学院电气工程系,安徽马鞍山243031;安徽工业大学电气与信息工程学院,安徽马鞍山243002;马鞍山职业技术学院电气工程系,安徽马鞍山243031;马鞍山职业技术学院电气工程系,安徽马鞍山243031【正文语种】中文【中图分类】TN624在Buck变换器的设计中，反馈补偿控制电路尤为重要，关系到整个电路及系统的稳定性、响应速度、过冲等性能指标.建模是研究和分析其稳定性和瞬态响应的基础，对变换器的分析和设计具有重要意义[1,2].传统建模方法一般采用理想变换器模型，控制采用模拟电路实现，这已无法满足当今开关电源的高性能要求[3].通过对相关文献的阅读发现，该变换器是一个带有闭环控制的高阶-离散-非线性-时变复杂系统，其动态模型的准确建立是一个难题[4].近几十年来，有众多国内外研究者对此展开研究，并且取得了不错的成果.开关电源的建模方法主要有4种：状态空间平均法(小信号建模法)[5-7]、电路平均法[8]、等效小参数量法[9]和描述函数法[10].小信号建模为当前最常用的开关变换器动态建模方法.关于双零点-双极点补偿网络，有学者将此补偿网络应用于开关变换器中，对网络零、极点配置方法进行了阐述[11].有学者将它应用于Buck电路中，建立了小信号模型等效电路，运用Matlab对补偿网络和整个电路进行了仿真分析，从阶跃响应和负载扰动上验证了理论分析与设计的正确性，虽尝试了一种新型补偿网络控制器，然而对小信号建模方面没深入研究，给出的仿真波形不甚理想[12].针对结合小信号模型和新型补偿网络设计二者来研究Buck变换器不多的情况不多，此处基于电感电流连续状态(CCM模式)的模式，详细推导小信号建模的过程，阐述了PD，PID和双极点-双零点3种补偿网络的设计，首先采用PD补偿网络，使得闭环系统的穿越频率和相位裕量满足了要求，但稳态误差还是较大，同时抑制高频干扰的能力不是很强.在此基础上，增加积分环节得到PID补偿网路，解决了PD补偿网络的不足.考虑到滤波电容ESR带来的零点影响，抑制高频干扰的能力不够理想，以及Buck变换器传函的双重零点带来的幅频尖峰的影响，最后在PID 补偿网路的基础上再增加一个极点，用原来的PID补偿网络两个零点来抵消双重极点的影响，这样得到双零点-双极点补偿网络.经Matlab仿真，补偿后的开环传递函数伯德图，获得了具有更为优越的动态品质和稳态特性的闭环系统.图1为Buck变换器的主电路，有一个功率管与负载串联而成.但作为调压的直流变换器应用时，输出纹波太大.为了降低输出纹波，输出接入滤波电路，VD为续流二极管，通常变换器的工作频率很高，若电感L足够大，可认为理想元件，电路工作在CCM状态下，进入稳态后，可认为输出电压为恒定值.在工作中，电路输出纹波电压主要是由于滤波电容C的电容有效等值电阻RESR引起的，虽然其值很小，但在开关电源设计中必须要考虑到，相当于在滤波电容C处串联一个阻值很小的电阻RESR.由于Q与VD等非线性元件的存在，Buck变换器是一个非线性的动态控制系统，其电路分析中须考虑在电路稳态工作时含有交流小信号分量，且围绕在稳态值波动.小信号存在假设的前提是电路中各变量交流分量的幅值应远小于相应的直流分量，即.小信号分析不仅可以直观反映变换器的直流电压变换作用，而且可以反映变换器的传递过程和低频特性.同时由于各种变换器都具有相同的结构，更有利于对各种变换器的特性进行统一分析和比较[13].为了简化电路分析，Q和D都假设成理想特性，不存在正向导通压降和反向漏电流.在电感电流连续状态下，导通占空比为D，周期为T，对该Buck变换器主电路进行小信号模型的推导.电感电压状态方程有由Buck变换器电路图，知由式(1)(2)知此时由式(3)，加小信号波动值可建立小信号分析其中，“Λ”代表波动值.在此，.由式(3)(4)得开关电源在其开关频率的频带范围内，输入电压Uin是不变的，在设计中令Uin=0，且在电感电流连续状态下Uo=DUin，RESR≤R，稳态时Uo=iLR.故由式(5)经拉普拉斯变换可得主电路控制与输出小信号传递函数.图2为典型的Buck变换器的闭环控制系统.在设计CCM模式下电压控制型双极点Buck变换器的过程中，为了得到更大的工作效率，应尽可能降低电路中电阻值，但系统会工作在欠阻尼状态.为了提高系统的稳态精度，系统被设计成稳态误差为0的1型系统，必须加入一个积分环节，但同时会减少系统的稳定性和相位裕度，故需要在闭环电路中进行添加补偿网络来改善系统性能[14].为消除稳态误差，在低频段，尤其在其直流工作点开环传递函数的幅值要远大于1，即在直流频率点系统为深度负反馈系统.对于深度负反馈系统，参考电压与输出电压之比等于电压采样网络的传递函数，即H=1.所采用的载波为三角波，其最大值为4，PWM的传递函数为=1/uP=1/4.2.1 超前补偿(PD)的设计为了解决比例控制器存在没有相位补偿功能,且会造成一定程度的相位滞后等问题，需要增加相位超前补偿电路，采用PD补偿网络，如图3(a).PD补偿网络的传递函数为2.2 超前滞后补偿(PID)的设计在PD补偿网络上增加倒置零点，即在PD补偿网络的基础上增加积分环节得到PID补偿网络，从而解决了PD补偿网络的不足，PID补偿网络电路，如图3(b). PID补偿网络的传递函数为2.3 双极点-双零点补偿网络的设计该文采用的闭环控制系统的补偿网络是双极点-双零点补偿网络，在PD和PID补偿网络设计基础上，在PID补偿网络上再增加一个极点，用原来的PID补偿网络两个零点抵消双重极点的影响，这样得到双零点-双极点补偿网络，如图4.其传递函数为在此，C2≥C1，C2≥C3，R1≥R3，故ωz1<ωz2<ωp1<ωp2.经推算，直流增益.零点、极点角频率：；；；.所设计的双零点-双极点补偿网络的传递函数为经上述设计，补偿后的的开环传递函数为其中，Vm为驱动芯片的工作电压，Vg为电路输入电压，ωz0为输出电容ESR引起的零点频率，ωp0为双重极点频率，Q0为品质因数.为了验证上述设计的正确性和实用性，采用了挂接在Matlab 6.5环境上的Simulink进行搭建电路模型和仿真分析，这种实体图形化模型的仿真具有简单、节约设计时间等特点，应用非常广泛.某车载Buck变换器，开关频率选择为10 kHz，各元件选取为C=6 800 μm，L=8.8×10-3 mH，Vg=12 V，R=2.5Ω；RESR=0.01 Ω.将以上取值代入式(6)得按照3种补偿网络设计推算，补偿网络元件取值为R1=10 kΩ，R2=10 kΩ，R3=1.3 kΩ，C1=2×10-9 F=2 pF，C2=47 nF，C3=47 nF.代入式(7)(8)(9)(10)，分别得到加补偿网络后系统的开环传递函数：经Matlab仿真出开环传递函数伯德图，如图5，6，7.图5中，PD补偿网络在范围15.4~62 krad/s(2.45~10 kHz)内，开环传递函数的相位裕量φm都大于45°，但当元件稍有变化时，穿越频率会稍稍偏离5 kHz，对相位裕量影响较小.由于在范围0~0.5 kHz内，幅频特性曲线是平坦的，因此稳态误差大.在高频段曲线是-20 dB/dec，斜率下降，抑制高频干扰的性能不强.PID补偿网络Matlab仿真后，在ωc=2πfc=31.4 krad/s，相位裕量为φm=67°.但在高频段，曲线是以-20 dB/dec下降，抑制高频干扰的能力还是不够强.用开环伯德图判定闭环系统是稳定的.从图6中可以显示出，相角裕度为51.1°(大于45°)，比原来的32.7°大，可见加补偿网络后系统稳定性提高.采用双零点-双极点补偿网络与PID补偿网络一样在低频段提供了一个极点，其稳态误差为零.由图7可以看出，双零点-双极点补偿网络的第一个极点是用来抵消输出电容的零点，第二个极点用来保证开环传函有一个较好的相位裕度和增益裕度.同时在高频段，幅频特性的下降频率为-40 dB/dec，对高频具有很好的抑制作用.与PID和PD补偿网络相比具有更好的抑制高频干扰的能力.在对Buck变换器的小信号建模分析的基础上，先后设计了PD，PID补偿网络和新型双零点-双极点补偿网络，对系统仿真出的各自开环传递函数伯德图的比较得出，双零点-双极点补偿网络相位和增益裕度较好，体现了稳态误差低，稳态和动态性能更好，对高频有更好的抑制等特点，验证了小信号建模分析和新型补偿网络设计的正确性，设计思路可以应用到其他开关电源中.【相关文献】[1]DONG M.Designing Stable Compensation Network for Single Phase Voltage Mode Buck R egulators[R].Intersil Technical Brief,2003[2] 邵桂荣,苏世栋,詹平红.DC-DC开关变换器的动力学建模与稳定性分析[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2010,24(11):93-96SHAO G R,SU SH D,ZHAN P H.Dynamic Modeling and Stability Study of DC-DC Switching Converter[J].Journal of Chongqing University of Technology(Naturnal Science Edition),2010,24(11):93-96[3] 宣传,徐慧芳,解光军.CCM模式下非理想Buck变换器的建模和仿真[J].电子器件,2012,35(1):70-74XUAN C,XU H F,XIE G J.Modeling and Simulation of Non-ideal Buck Converters Operating in CCM[J].Journal of Electron Devices,2012,35(1):70-74 [4] 王英武,王俊峰,刘佑宝，等.DC/DC变换器小信号建模与补偿网络设计[J].电力电子技术,2009,43(3):26-28WANG Y W,WANG J F,LIU Y B，et al.Small-signal Equivalent Circuit Modeling and Compensation Network Design of DC/DC Convert er[J].Power Electronics,2009,43(3):26-28[5] 潘小波,宁平华,夏兴国.BUCK电路的状态分析与仿真研究[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2015,31(5):33-38PAN X B,NING P H,XIA X G.Working State Analysis and Simulation Research on BUCK Circ uit[J].Journal of Qiqihar University(Naturnal Science Edition),2015,31(5):33-38[6] 曹雪,乔科佳,付光杰.带补偿网络的Buck变换器小信号模型[J].电气开关,2011(3):40-43CAO X,QIAO K J,FU G J.The Small Signal Model of Buck Converter with Compensating Net work[J].Journal of Electrical switches,2011(3):40-43[7] GAZINEU R,QUEVEDO C A.Non-linear Controller Applied to Boost DC-DC Converters Using the State Space Average Model[C].Power Electronics Conference,IEE E,2009:734-740[8] ABRISHAMIFAR A，RAHMATI S M，KHAZRAEI.Small Signal and Large Signal Charge Control Models for a Phase-Shifted PWM Converter[C]∥IEEE International Conference on Industrial Technology,2008:1 -6[9] QIU S S,FILARMSKY L M,LIN B T.A New Method of Analysis for PWM Switching Power Converter[J].IEEE Int J of Electronics,1999,86(11):1395-1410[10] QIAN Z J,ABDEL-RAHMAN O,AL-ATRASH.Modeling and Control of Three-Port DC/DC Converter Interface for Satellite Applications[J].IEEE Transactions on Power Ele ctronics,2010,25(3):637-649[11] 章赛军,杨永宏,柯建兴,等.电压反馈型Buck变换器环路补偿设计[J].通信电源技术,2004,21(6):4-6ZHANG S J,YANG Y H,KE J X,et al.Design of Compensation Network for Voltage Mode Buc k Regulators[J].Telecom Power Technologies,2004,21(6):4-6[12] 司伟.基于MATLAB设计电压型Buck变换器[J].科技信息,2011(3):360-362.SI W.Design of Voltage Mode Buck Converter Based on MATLAB[J].Science & Technology Information,2011(3):360-362[13] 王金龙,张方华,张帅.高效率准谐振Buck变换器设计与研究[J].电工电能新技术,2014,33(4):11-15WANG J L,ZHANG F H,ZHANG S.Design and Study of High Efficiency Quasi Resonant Buck Converter[J].Advances Technology of Electrical Engineering & Energy,2014,33(4):11-15 [14](美)ABRAHAM I,PRESSMAN,KEITH B,等.开关电源设计[M].3版.王志强等译.北京:电子工业出版社,2013ABRAHAM I.PRESSMAN,KEITH BILLINGS,,et al.Switching Power Supply Design[M].3rd ed. WANG Zhiqiang,et al.Translation.BeiJing:Electronic Industry Press，2013。

双管Buck-Boost变换器的带输入电压前馈双闭环控制策略颜湘武;王杨;葛小凤;张波【摘要】针对宽范围输入的双管Buck-Boost变换器,在Buck和Boost两模式之间进行切换和输入电压发生波动时,电感电流和输出电压存在较大波动的问题,提出了带输入电压前馈的两模式平均电流控制策略.该策略通过将具有电压电流双闭环结构的平均电流控制与单载波-双调制的调制方法相结合,来提高变换器的动态响应性能,实现变换器两模式的自动近似平滑切换,同时对电感电流进行有效控制,保护设备安全.为了克服传统双闭环前馈函数实现和化简困难的缺点,提出将输入电压前馈引入电流内环从而大幅提高了变换器的输入动态响应性能.最后建立了MATLAB/Simulink仿真模型和硬件试验平台,验证了所提控制方法的有效性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2016(036)010【总页数】7页(P65-70,77)【关键词】宽范围输入DC/DC;平均电流法;单载波-双调制;输入电压前馈;双管Buck-Boost变换器【作者】颜湘武;王杨;葛小凤;张波【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003;国网新源张家口风光储示范电站有限公司,河北张家口075000;国网新源张家口风光储示范电站有限公司,河北张家口075000;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言双管Buck-Boost变换器将Buck模式和Boost模式联合使用后，具有升降压功能、功率直通通路［1］和开关管电压应力低等优点，在电池充放电及新能源发电等需要宽范围输入特性的领域得到广泛应用［2-6］。

双管Buck-Boost变换器在电感电流连续的情况下，工作在Boost模式时，控制输出电压传递函数存在右半平面零点，限制了系统带宽，降低了输入动态响应速度。

文献［7］和［8］分别提出采用伪滑模控制和模型预测控制来提高控制系统的动态响应速度，但是这2种方法属于非线性控制方法，原理与设计比较复杂。

Buck 变换器小信号模型
本文为大家介绍Buck 电路电感电流连续时的小信号模型。

Buck 电路电感电流连续时的小信号模型
图1 为典型的Buck 电路，为了简化分析，假定功率开关管S 和D 为理想开关，滤波电感L 为理想电感（电阻为0），电路工作在连续电流模式（CCM）下。

Re 为滤波电容C 的等效串联电阻，R0 为负栽电阻。

各状态变量的正方向定义如下图中所示。

图1 典型buck 电路
s 导通时，对电感列状态方程
s 断开时，D1 续流导通时，状态方程变成
占空比为D 时，一个开关周期过程中，式（1）及式（2）分别持续了DTs 和（1-D）Ts 的时间（Ts 为开关周期），因此，一个周期内电感的平均状态方程为。

(毕业论文)Buck-Boost变换器摘要在很多需要DC-DC变换的系统，往往需要研制一种宽电压输入范围的DC/DC变换器电源。

在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，本文选用了Buck-Boost作为系统的主电路拓扑。

本文介绍了Buck-Boost电路的工作原理，建立了理想Buck-Boost模型，对整个电路进行了主电路参数设计，并在此基础上进行了电压电流闭环参数设计的研究，实现了控制理论中零极点补偿法在电力电子中的应用，。

接着，本文在protel中进行了原理图和PCB图的设计，在设计的硬件电路上进行了测试实验。

为了使系统能够在宽电压输入范围内稳定正常工作，本文实现了提出的闭环参数设计方法，指出了该方法的优点，并通过实验验证了该方法的正确性。

关键词：Buck-Boost；DC/DC变换器目录摘要I目录II第1章绪论 1第2章 Buck-Boost变换器原理分析62.1电感电流连续时的工作原理和基本关系6理 6系72.2电感电流断续时的工作原理和基本关系：8理8系92.3电感电流连续时的稳态分析10第3章主电路参数设计123.1电感计算123.2输出滤波电容计算143.3主功率管选择143.4功率二极管选择163.5输入侧熔断器选择163.6压敏电阻选择16第4章控制电路设计 184.1电流型与电压型PWM 控制原理及性能比较 18PWM控制18PWM控制18PWM控制的优点194.2 UC3845原理与特性194.3 UC3845常用典型电路204.4 电压反馈电路 214.5 电压、电流闭环电路 21第5章硬件电路设计及实验 23 5.1主电路硬件电路设计245.2控制电路设计255.3 PCB印制板图255.4 Buck-boost电路实验测试26 结论29参考文献30第1章绪论因为电子设备中所用的集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在电子供电系统中,采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间母线电压一般为48V直流变换成所需的各种直流电压,可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510333297.8(22)申请日 2015.06.16H02M 3/156(2006.01)(71)申请人南京矽力杰半导体技术有限公司地址210023 江苏省南京市玄武大道699-27号7幢302室(72)发明人张鑫(54)发明名称基于输入电压前馈控制的Buck 降压型电路及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于输入电压前馈控制的Buck 降压型电路及其控制方法，本发明采用输入电压前馈的控制方式，将与输入电压成正比例的输入电压采样信号作为三角波信号产生电路中压控电流源的控制信号，使得三角波信号的峰值与输入电压成正比例关系，三角波信号与误差放大信号进行比较，以得到用于关断主功率开关管的关断信号，正常工作时，输出电压仅与输入电压的采样系数相关，而与输入电压之间无直接关联，因此输入电压的波动对输出电压影响较小，提高了系统的动态响应，同时降低了输出电压动态波动幅值。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号CN 104953832 A (43)申请公布日2015.09.30C N 104953832A1.一种基于输入电压前馈控制的Buck降压型电路，包括功率级电路和控制电路，所述的功率级电路包括主功率开关管，所述的控制电路控制功率级电路主功率开关管的开关状态，以使功率级电路输出低于输入电压的输出电压；其特征在于：所述的控制电路包括输出电压反馈电路和三角波产生电路，所述的输出电压反馈电路采样功率级电路的输出电压并与参考信号进行误差放大处理，得到误差放大信号；采样输入电压得到与输入电压成正比例的输入电压采样信号，所述的三角波产生电路产生三角波信号，三角波产生电路接收所述的输入电压采样信号，并根据输入电压采样信号确定三角波信号的峰值；所述的误差放大信号与三角波信号进行比较，得到用于关断主功率开关管的关断信号；所述的控制电路接收脉冲信号用于开通主功率开关管。

基于扩展Kalman滤波的Buck变换器电流前馈控制李昊;刘海涛;甘韦韦;钟源;丁磊磊;杜超【期刊名称】《控制与信息技术》【年(卷),期】2018(000)001【摘要】为提高Buck变换器对负载突变的响应速度,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的电感电流前馈控制方案。

其在Buck变换器状态方程上建立了基于EKF的电感电流预测器,将预测的电感电流对给定电流进行补偿,以改善负载电流变化对输出电压的影响。

仿真结果表明：在以50%负载进行突投或突切时,该方法能抑制负载扰动,使输出电压（DC 600 V）的波动控制在±20 V以内。

【总页数】4页(P42-45)【作者】李昊;刘海涛;甘韦韦;钟源;丁磊磊;杜超【作者单位】株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001;株洲中车时代电气股份有限公司,湖南株洲412001【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.基于耦合电感的零电压零电流软开关Buck变换器 [J], 罗辞勇;魏欣欣;王卫耀;南航2.基于ARM的数字峰值电流控制BUCK变换器研究 [J], 胡志强;程琴;杨根喜;李清伟3.基于采样仿真电流斜坡的Buck变换器设计 [J], 杨雨豪;周庆;曹宝安;符祝辉;李雯君4.基于峰值电流模式的同步Buck变换器的数字控制 [J], 刘松斌;高建海5.基于瞬间电流建立的Buck变换器软开关方法 [J], 王芳瑞;凡绍桂;周玮;游江因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

级联系统中Buck充电调节器前馈控制方法贾鹏宇;郑琼林;李艳;王蓓蓓【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)010【摘要】针对航天用电源控制器(PCU)系统中的模块组成部分和运行特点,详细分析了PCU系统中顺序开关分流调节器(S3R)的运行模式和对母线电压的影响.当S3R调节母线电压时会产生由滞环控制引起的不定频率的母线纹波,造成了以母线作为输入的蓄电池充电模块《BCR)的输出侧产生同频率的电压电流扰动.本文推导了DC-DC变换器在引入前馈控制以消除前向通道音频敏感率时,前馈控制器所需要满足的一般条件,根据BCR输出侧连接蓄电池,输出电压会随着充电过程变化的特点,提出了一种基于Buck变换器作为BCR模块时,能够跟随蓄电池电压变化自适应改变前馈控制器增益的控制方法,以实现BCR模块输出侧在全电压范围内对输入电压扰动进行抑制,实现对蓄电池充电电流脉动控制的最小化.【总页数】7页(P134-140)【作者】贾鹏宇;郑琼林;李艳;王蓓蓓【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.带滤波前馈的变参数PID调节器在伺服驱动中的运用 [J], 宋宝;唐小琦;蔡李隆2.电压型级联系统中减小源变换器输出阻抗的有源阻尼控制方法 [J], 贾鹏宇;李艳;郑琼林3.基于Superbuck拓扑的高效蓄电池充电调节器研究 [J], 张国帅;雷卫军;郑岩;陈永刚;万成安4.基于BUCK降压和红外通信的电动自行车无线充电系统输出功率控制方法 [J], 王杰;高星冉;邓其军5.基于Lyapunov函数的蓄电池充电调节器控制方法 [J], 鲁伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Buck变换器的控制及补偿网络设计
钱叶册;许卫兵;时国平;孙佐
【期刊名称】《浙江水利水电专科学校学报》
【年(卷),期】2017(029)002
【摘要】为了保证Buck变换器输出电压稳定以及在电压、负载扰动情况下的动态性能良好,建立合理的数学模型和补偿网络是关键.利用状态空间平均法建立Buck变换器电感电流连续模式下的数学模型,确定了系统的状态空间表达式及传递函数,设计了闭环控制系统小信号模型,建立了输入电压扰动和负载电流扰动对输出电压影响的关系式,所设计的补偿网络采用的是PID补偿器.通过仿真验证了所设计的Buck变换器数学模型和闭环控制的合理性.
【总页数】4页(P79-82)
【作者】钱叶册;许卫兵;时国平;孙佐
【作者单位】池州学院机电工程学院,安徽池州 247000;池州学院机电工程学院,安徽池州 247000;池州学院机电工程学院,安徽池州 247000;池州学院机电工程学院,安徽池州 247000
【正文语种】中文
【中图分类】TM33
【相关文献】
1.基于小信号模型的新型Buck变换器补偿网络设计 [J], 夏兴国;陈乐柱;潘小波;张庆丰
2.Buck变换器的控制及补偿网络设计 [J], 钱叶册;许卫兵;时国平;孙佐;
3.峰值电流控制模式DC-DC BUCK变换器的斜坡补偿研究 [J], 高鹏飞
4.基于扩张状态观测器估计补偿的Buck变换器带恒功率负载无源控制 [J], 崔健; 王久和; 李建国; 张巧杰
5.限制COT控制Buck变换器频率抖动斜率补偿方案 [J], 李涛;钱挺;徐杨
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