電流模BUCK DC-DC 變換器的系統(tǒng)建模與仿真*

王 聰，劉穎異，唐旭升

（1.東南大學(xué)微電子學(xué)院，江蘇無錫 214000；2.東南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，南京 211102）

1 引言

開關(guān)電源變換器利用開關(guān)管的導(dǎo)通與截止對外圍儲能器件進(jìn)行充放電，從而獲得穩(wěn)定的輸出電壓。開關(guān)電源因轉(zhuǎn)換效率高、體積小等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如車載系統(tǒng)、航空、航天、可再生能源和直流電機(jī)驅(qū)動等領(lǐng)域［1-5］。由于開關(guān)電源變換器的開關(guān)操作是時變非線性的，因此對開關(guān)電源的建模分析非常困難。此外，由于各種寄生參數(shù)的干擾，控制電路的變化和外部負(fù)載的不確定性，使得DC-DC 變換器難以達(dá)到理想的變換效果，因而建立BUCK 型DC-DC 變換器的精確模型存在極大的挑戰(zhàn)。

電流模式控制在電源管理中已經(jīng)應(yīng)用了很多年，相較于電壓模式，電流模式不僅具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)，很高的輸出電壓精度，還能給電感電流限流以及提高過零檢測轉(zhuǎn)換效率［6］。文獻(xiàn)［7］中提出的模型僅考慮了輸出電壓擾動對開關(guān)占空比的影響，文獻(xiàn)［8］提出的連續(xù)時間模型僅能符合系統(tǒng)的低頻特性，不能解釋次諧波振蕩產(chǎn)生的現(xiàn)象。文獻(xiàn)［9］提出的精確離散時間和數(shù)據(jù)采樣模型可以準(zhǔn)確預(yù)測響應(yīng)，但由于其公式的復(fù)雜性，并不能很好地應(yīng)用于工程中。文獻(xiàn)［10］提供了電壓模變換器補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法，但此方法并不適用于電流模式的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器。

由于精確采樣數(shù)據(jù)模型的復(fù)雜性，難以通過模型對實際電路進(jìn)行分析，本文利用一個與精確采樣數(shù)據(jù)模型高度相似的近似函數(shù)，將此近似函數(shù)與脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式中其余模塊的小信號模型相結(jié)合進(jìn)行分析，得到了一個連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下PWM 控制的電流模BUCK 變換器的小信號模型。……