PI补偿峰值电流控制Buck变换器稳定性研究.doc

摘要：开关电源因其体积小、重量轻、效率高等优点，已广泛应用于各种电子设备。开关电源由功率级电路和控制电路组成。在特定的应用场合，开关电源的功率级电路相对比较固定，为了确保开关电源正常、稳定工作，控制电路的设计和分析至关重要。相对于传统的电压型控制，即脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制，峰值电流型控制具有瞬态响应速度快、补偿器易于设计等优点，且可以实现限流和均流。本文将以采用比例-积分(Proportional-Integral，PI)作为补偿器的峰值电流控制Buck变换器为例，仿真分析电路参数对变换器稳定性的影响。

首先，搭建了PI补偿峰值电流控制Buck变换器的PSIM仿真电路模型，并利用该仿真模型仿真分析了输出电压、输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance, ESR)、PI补偿器的反馈增益和斜坡补偿等电路参数对变换器稳定性的影响。进一步，通过仿真确定了不同参数平面上的稳定边界。最后，仿真分析了输出电容ESR、斜坡补偿电压、PI补偿器的反馈增益和补偿电容对PI补偿峰值电流控制Buck变换器瞬态性能的影响。本文的仿真分析结果有助于选取PI补偿峰值电流控制Buck变换器的电路参数。

关键词：Buck变换器；峰值电流控制；PI补偿器；PSIM仿真

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 开关变换器及其控制方法简介-1

1.2.1 基本开关变换器拓扑结构-1

1.2.2 开关变换器的控制方法-2

1.2.3 Buck变换器工作原理-2

1.2.4 PI调节器工作原理-3

1.2.5 峰值电流控制原理-4

1.3 本文结构安排-5

2  PI补偿峰值电流控制Buck变换器的仿真分析-6

2.1 PSIM仿真电路模型-6

2.2 仿真与分析-6

2.2.1 输入电压Vin对稳定性的影响-6

2.2.2 等效串联电阻ESR对稳定性的影响-8

2.2.3 反馈增益g对稳定性的影响-9

2.2.4 斜坡补偿电压Vramp对稳定性的影响-11

3  PI补偿峰值电流控制Buck变换器的工作状态域-14

3.1 Vin-Vramp 平面上工作状态域-14

3.2 ESR-g平面上的工作状态域-15

3.3 g-Vramp平面上的工作状态域-16

3.4 ESR-Vramp平面上的工作状态域-17

3.5 Vin-ESR平面上的工作状态域-18

3.6 Vin-g平面上的工作状态域-19

4  瞬态性能的仿真与分析-20

4.1 输出电容ESR对瞬态性能的影响-20

4.2 斜坡补偿电压Vramp对瞬态性能的影响-21

4.3 反馈增益g对瞬态性能的影响-23

4.4 补偿电容Ca对瞬态性能的影响-24

5 结论-27

参 考 文 献-28

致 谢-30