開關變換器多頻率控制技術研究.pdf

1、隨著電力電子技術的快速發(fā)展，開關電源因具有重量輕、效率高和體積小等諸多優(yōu)點而得到了越來越廣泛的應用，大量電子設備對其供電電源的穩(wěn)定性、穩(wěn)壓精度、瞬態(tài)響應速度等性能提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的以電壓型控制、電流型控制為代表的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)技術成熟、應用廣泛，但存在輕載效率低、動態(tài)響應速度慢等問題。因此，為提升開關電源的性能，本論文提出并研究了開關變換器多頻率（Multi-frequen

2、cy，MF）控制技術。
　　開關變換器多頻率控制技術是通過多個不同頻率的控制脈沖的組合，實現(xiàn)對開關變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)，是一種不同于PWM控制技術、且立足于雙頻率控制拓展的新穎控制技術。與傳統(tǒng)PWM控制相比，該控制技術具有更快的瞬態(tài)響應速度和更好的魯棒性;與雙頻率（Bi-丘equency，BF）控制相比，該控制技術由于更多頻率脈沖的設置，具有更寬的負載功率范圍、更低的輸出電壓紋波、更高的輕載效率等優(yōu)點。
　　首先研究了雙頻率

3、控制技術的控制原理與特性，在對控制脈沖組合規(guī)律、輸出電壓紋波、瞬態(tài)特性和頻率特性進行研究的基礎上，指出了雙頻率控制技術用于電感電流斷續(xù)導電模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）開關變換器存在無法兼顧輸出功率范圍和輸出電壓紋波大小、不適用輕載或空載工作的問題，以及用于電感電流連續(xù)導電模式(Continuous Conduction Mode，CCM)開關變換器時存在瞬態(tài)性能差與輸出電壓低頻波動的問題。本

4、文研究的多頻率控制技術在保留雙頻率控制技術優(yōu)點的基礎上，有效解決了其在應用中存在的問題。
　　分析了多頻率控制技術的原理，研究了DCM開關變換器電壓型和電流型多頻率控制技術，分析了兩種控制技術下的穩(wěn)定性、輸出電壓波動量、控制脈沖組合方式、輸出電壓紋波等特性，通過能量迭代模型研究了輸出電容電壓的運行軌跡，對比研究了兩種控制技術的性能差異和相互關系。論文將多頻率控制技術進一步拓展應用到CCM開關變換器，在分析其控制原理與特性的基礎上，

5、利用能量迭代模型研究了輸出電壓低頻波動的產(chǎn)生機理，并定量研究了輸出電容等效串聯(lián)電阻值大小對低頻波動現(xiàn)象的影響。針對多頻率控制CCM開關變換器存在的低頻波動問題，研究了電感電流偽連續(xù)導電模式(PseudoContinuous Conduction Mode，PCCM)開關變換器多頻率控制技術和CCM開關變換器峰值電流型固定關斷時間多頻率控制技術的原理與特性。研究結(jié)果表明:兩種方式均有效抑制了多頻率控制技術應用于CCM開關變換器存在的低頻波

6、動現(xiàn)象。
　　建立了電壓型雙頻率控制、電流型雙頻率控制、電壓型多頻率控制和電流型多頻率控制DCM開關變換器的一維動力學模型及相應的特征值方程，采用分岔圖、Lyapunov指數(shù)、時域波形、相軌圖、頻譜圖研究了雙頻率控制和多頻率控制DCM開關變換器的非線性動力學特性，研究結(jié)果表明:電壓型雙頻率控制DCM Buck變換器存在邊界碰撞分岔行為和多周期行為，其周期3行為并不意味著變換器會必然發(fā)生混沌行為;與電壓型雙頻率控制相比，負載變化時，

7、電流型雙頻率控制具有相似的分岔路由和動力學行為;而輸入電壓變化時，電流型雙頻率控制表現(xiàn)出截然不同的動力學特性;與電壓型雙頻率控制相比，電壓型多頻率控制和電流型多頻率控制因誤差界限電壓的不同而表現(xiàn)出自相似現(xiàn)象和混頻現(xiàn)象。此外，論文還建立了多頻率控制CCM開關變換器的動力學模型，并分析了相應的動力學特性，揭示了電壓型多頻率控制CCM開關變換器存在低頻波動現(xiàn)象;峰值電流型固定關斷時間多頻率控制CCM開關變換器不存在低頻波動現(xiàn)象，而表現(xiàn)出強烈的