开关变换器动态特性 建模、分析与控制PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2开关变换器的动态建模 3

1.3互联系统的动态分析 4

1.4规范等效电路 5

1.5基于负载响应的动态特性分析 7

1.6内容概括 9

第2章 动态分析与控制动力学基础 15

2.1引言 15

2.2开环动态特性 15

2.2.1状态空间 16

2.2.2二端口模型 18

2.2.3控制框图 19

2.3闭环动态特性 20

2.3.1电压输出型变换器 21

2.3.2电流输出型变换器 23

2.4负载和电源影响 24

2.4.1电压输出型变换器 25

2.4.2电流输出型变换器 26

2.5 LC电路举例 28

2.5.1电压输出型电路 28

2.5.2电流输出型电路 30

2.6基本的数学工具回顾 32

2.6.1线性化 32

2.6.2传递函数 33

2.6.2.1单零点 33

2.6.2.2单极点 34

2.6.2.3二阶传递函数 34

2.6.2.4举例 36

2.6.3稳定性和性能 38

2.6.3.1稳定性 38

2.6.3.2与环路增益有关的动态指标 40

2.6.3.3右半平面零点和极点 42

2.6.4矩阵代数 42

2.6.4.1矩阵加法 44

2.6.4.2矩阵乘以一个标量 45

2.6.4.3矩阵乘法 45

2.6.4.4矩阵的行列式 45

2.6.4.5矩阵的逆 46

2.7变换器的工作模式和控制模式 46

第3章 直接导通时间控制开关变换器的平均和小信号建模 51

3.1引言 51

3.2直接导通时间控制 52

3.3通用建模方法 54

3.3.1 Buck变换器 55

3.3.2 Boost变换器 57

3.3.3 Buck-Boost变换器 58

3.4恒频CCM工作模式 60

3.4.1同步Buck变换器 61

3.4.2 Buck、Boost和Buck-Boost变换器的动态描述 65

3.4.2.1二极管开关Buck变换器（见图3.6a） 65

3.4.2.2二极管开关Boost变换器（见图3.8a） 67

3.4.2.3同步开关Boost变换器（见图3.8b） 68

3.4.2.4二极管开关Buck-Boost变换器（见图3.10a） 69

3.4.2.5同步开关Buck-Boost变换器（见图3.10b） 70

3.4.3稳态和小信号等效电路 71

3.5恒频DCM工作模式 74

3.5.1 Buck变换器 75

3.5.2 Boost和Buck-Boost变换器的动态模型 80

3.5.2.1 Boost变换器（见图3.8a） 80

3.5.2.2 Buck-Boost变换器（见图3.10a） 82

3.6动态特性 83

3.6.1 Buck变换器 83

3.6.1.1控制-输出传递函数 84

3.6.1.2输出阻抗 87

3.6.1.3输入-输出传递函数 88

3.6.1.4输入导纳 90

3.6.1.5理想输入导纳 91

3.6.1.6短路输入导纳 92

3.6.2 Boost变换器 94

3.6.2.1控制-输出传递函数 94

3.6.2.2输出阻抗 96

3.6.2.3输入-输出传递函数 97

3.6.2.4输入导纳 98

3.6.2.5理想输入导纳 101

3.6.2.6短路输入导纳 102

第4章 峰值电流控制的平均和小信号模型 106

4.1引言 106

4.2峰值电流控制原理 106

4.3 CCM模型 108

4.3.1 Buck、Boost和Buck-Boost变换器占空比约束关系 110

4.3.1.1 Buck变换器 110

4.3.1.2 Boost变换器 110

4.3.1.3 Buck-Boost变换器 112

4.3.1.4 CCM基本传递函数 113

4.3.2基本变换器的特殊传递函数 114

4.3.2.1 Buck变换器 115

4.3.2.2 Boost变换器 116

4.3.2.3 Buck-Boost变换器 118

4.3.3 CCM模式界限的起因与影响 119

4.4 DCM模型 121

4.4.1基本变换器的占空比约束关系 123

4.4.1.1 Buck变换器 123

4.4.1.2 Boost变换器 123

4.4.1.3 Buck-Boost变换器 124

4.4.2 PCMC变换器的小信号状态空间模型 124

4.4.3 DCM模式界限的起因与影响 126

4.5动态特性 127

4.5.1 Buck变换器 128

4.5.1.1控制-输出传递函数 129

4.5.1.2输出阻抗 131

4.5.1.3输入-输出传递函数 132

4.5.1.4输入导纳 134

4.5.1.5理想输入导纳 135

4.5.1.6短路输入导纳 135

4.5.2 Boost变换器 137

4.5.2.1控制-输出传递函数 138

4.5.2.2输出阻抗 140

4.5.2.3输入-输出传递函数 142

4.5.2.4输入导纳 143

4.5.2.5理想输入导纳 144

4.5.2.6短路输入导纳 144

第5章 平均电流模式控制的平均和小信号模型 148

5.1引言 148

5.2 ACM控制原理 148

5.3全纹波电流反馈建模 150

5.4 ACM控制动态特性综述 153

5.4.1控制-输出传递函数 153

5.4.2输出阻抗 156

5.4.3输入-输出传递函数 158

5.4.4输入导纳 160

5.5电流环高频极点的影响 161

第6章 自激振荡控制的平均小信号模型 166

6.1引言 166

6.2自激振荡建模 166

6.2.1平均直接导通时间模型 167

6.2.2直接导通时间控制的小信号模型 169

6.2.3 PCM控制的小信号模型 170

6.3动态特性 173

6.3.1 Buck变换器 173

6.3.1.1控制-输出传递函数 174

6.3.1.2输出阻抗 174

6.3.1.3输入-输出传递函数 176

6.3.1.4输入导纳 176

6.3.2反激变换器 176

6.3.2.1控制-输出传递函数 177

6.3.2.2输出阻抗 179

6.3.2.3输入-输出传递函数 181

6.3.2.4输入导纳 181

6.3.2.5理想导纳和短路导纳 182

第7章 电流输出变换器的动态建模和分析 185

7.1引言 185

7.2电流输出型变换器的动态模型 186

7.2.1改进的状态空间平均法 186

7.2.2通用动态模型 188

7.3负载与电源的相互作用 189

7.4级联电压-电流环 191

7.5动态特性 191

第8章 互联系统 197

8.1引言 197

8.2互联理论 198

8.2.1负载和电源的相互影响 199

8.2.2内部稳定性和输入-输出稳定性 201

8.2.3输出电压远端检测技术 203

8.2.4输入EMI滤波器 205

8.3减小交互影响的方法 206

8.3.1输入电压前馈 207

8.3.2输出电流前馈 208

8.4动态特性实验 209

8.4.1负载和电源间的相互影响 211

8.4.2远端检测 216

8.4.3系统稳态性 221

第9章 控制设计问题 227

9.1引言 227

9.2反馈回路设计限制 230

9.2.1相位和增益裕量 231

9.2.2右半平面零点和极点 231

9.2.3最大和最小环路交越频率 233

9.2.4运算放大器的内部增益 234

9.3控制器实现 234

9.4光耦隔离 237

9.5基于稳压器的控制系统 237

9.5.1动态模型 237

9.5.2双环控制系统 243

9.6简单控制设计方法 245

9.6.1控制设计实例：VMC Buck变换器 247

9.6.2控制设计实例：PCMC Buck变换器 251

9.6.3控制设计实例：VMC Boost变换器 255

9.6.4控制设计实例：PCMC Boost变换器 258

9.7结论 261

第10章 四阶变换器-Superbuck 266

10.1引言 266

10.2基本动态特性 267

10.2.1平均模型 269

10.2.1.1平均状态空间 269

10.2.1.2稳态工作点 270

10.2.1.3临界导电模式 270

10.2.2小信号模型 270

10.2.2.1小信号状态空间 270

10.2.2.2传递函数 271

10.2.3右半平面极点 273

10.2.4设计考虑 275

10.3耦合电感Superbuck 276

10.3.1小信号模型 277

10.3.2右半平面极点 279

10.3.3减小输入电流纹波 280

10.3.4设计考虑 282

10.4 PCM控制Superbuck 283

10.4.1小信号模型 283

10.4.2设计考虑 287

10.4.2.1电感电流反馈补偿 287

10.4.2.2避免右半平面极点的方法 287

10.5耦合电感PCM控制Superbuck 288

10.5.1小信号模型 288

10.5.2设计考虑 292

10.6动态特性分析 293

10.6.1 Superbuck Ⅰ：15～20V/10V/2.5A 295

10.6.2 Superbuck Ⅱ：6～9V/3.4V/12A 300

10.7小结 303