具有环路补偿的谷值电流控制Buck变换器稳定性分析.doc

摘要：近几年，随着电子科学技术的快速发展，各类便携电子设备、可穿戴设备因其体积小、功能多、性能强等特点逐渐成为人们生活中不可分割的一部分。在这类电子设备中，供电电源对其工作性能有着很大的影响。开关电源因其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于这类电子设备中。

在开关电源中，控制电路的参数设置对其工作性能有着很大的影响。本文将以比例积分(Proportional-Integral, PI)补偿谷值电流(Valley Current Mode, VCM)控制Buck变换器为例，仿真分析控制环路对变换器稳定性的影响。本文首先分析了PI补偿VCM控制Buck变换器的工作原理，利用PSIM仿真软件，搭建了其电路仿真模型。其次，利用搭建的电路仿真模型，仿真分析了PI补偿器的反馈增益、输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance, ESR)、输入电压和补偿斜坡等电路参数对PI补偿VCM控制Buck变换器稳定性的影响；进一步，根据仿真结果绘制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、补偿斜坡、PI补偿器的反馈增益和补偿电容等电路参数对PI补偿VCM控制Buck变换器的瞬态特性的影响。

本文的仿真分析结果，有助于PI补偿VCM控制Buck变换器的控制环路的设计和参数选取。

关键词： Buck变换器；谷值电流控制；比例积分(Proportional Integral, PI)补偿器；PSIM仿真；稳定性

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 开关变换器拓扑结构-2

1.3 Buck变换器工作原理-3

1.3.1 电路模型-3

1.3.2 工作波形及电路分析计算-3

1.4 PWM 控制技术分类-6

1.4.1 电压型控制-6

1.4.2 电流型控制-6

2  PI补偿VCM控制Buck变换器-7

2.1 工作原理-7

2.2 PSIM电路建模-8

3 稳定性仿真分析-10

3.1 仿真与分析-10

3.1.1 反馈增益g对稳定性的影响-10

3.1.2 输出电容ESR对稳定性的影响-12

3.1.3 输入电压Vin对稳定性的影响-14

3.1.4 补偿斜坡Vramp对稳定性的影响-16

3.2 不同参数平面的稳定边界-18

3.2.1 g – r平面的稳定边界-18

3.2.2 g – Vin平面的稳定边界-19

3.2.3 g – Vramp平面的稳定边界-20

3.2.4 Vramp – r平面的稳定边界-21

3.2.5 Vramp – Vin平面的稳定边界-22

3.2.6 Vin – r平面的稳定边界-23

4 瞬态性能仿真分析-24

4.1 输出电容ESR的影响-25

4.2 补偿斜坡Vramp的影响-28

4.3 反馈增益g的影响-30

4.4 补偿电容Ca的影响-32

5 结论-35

参 考 文 献-36

致 谢-39