SG3525 直流变换器中的应用

SG3525 直流变换器中的应用

电源技术与应用

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!"#$%&在’((!)直流变换器中的应用

皇金锋!董锋斌

!陕西理工学院电气工程系"陕西汉中;/-33-#

摘要!采用平均开关模型方法建立了<<=>"")*变换器的小信号模型!得到了相应的交流小信号传递函数"由于传递函数中存在?平面右半平面的零点!使得系统成为非最小相位系统"利用?@

-.’.实现有源超前滞后补偿网络对系统进行了校正!实验结果验证了模型和控制方法的合理性"

关键词!?@-.’.#>"")*直流变换器#平均开关模型#非最小相位系统

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-./0#*1$!?,-./.%("")*2M82ME"GNKO*KO%FNKOFUK)‘D*EJDGU8W"]K%G"G8WDGDG_WBJF)K)Z)*KW高功率密度!高效!高可靠性!体积小!重量轻等特点的开关电源已在航空航天!通信!计算机等各个领域得到了广泛的应用#$%"开关电源的核心是开关变换器#对开关变换器的建模和控制方法显然是对电路分析设计的关键环节&’%"本文以("")*直流变换器为例来讨论其建模#并用+,-./0对其进行控制"其方法也可类推到其他类型的开关变换器"

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图!全控型器件的控制脉冲

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!"##$%直流变换器工作原理及建模分析

!&!工作原理

("")*型直流变换器的主电路如图$所示#主电路由全

控型器件1!输出滤波电感’!滤波电容(!续流二极管12和负载)组成"全控型器件的控制脉冲如图/所示"

为分析稳态特性#简化推导公式的过程#特作如下假定$全控型器件!二极管!电感!电容均是理想元件#输出

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图7("")*主电路

电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略"下面将分别讨论电感电流处于不同开关状态时的工作原理"在

3!$%*时段4%*为开关周期#$为占空比5$电流流过电感#电

感两端呈现正电压!’6!+#在该电压作用下输出滤波电感中电流,’线性增长#电感在储存能量%在$%*!%*时段$电感释放磁场能量#电感中电流+’线性衰减"利用稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零的基本原理#在电感电流连续的条件下#可以推导出输出!输入电压比与开关通断时间的占空比间的关系为$

-.67+)

97:

通过改变开关管的占空比可以控制输出平均电压的大小#7%"

!&’建模分析

在建模之前作三点假设$交流小信号的频率应远远

c.

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电源技术与应用

’()*+,#--./0*$12(.(3/4256789--.:$47:(2

!(/-2对输入"!!/-2的传递函数4"!/-2为’输出"4"!/-26

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!/-26;’

小于开关频率!低频假设"#变换器的转折频率远远小于开关频率!小纹波假设"#电路中各变量的交流分量的幅值远远小于相应的直流分量!小信号假设"$(5$(5变换器的建模方法较多%这里采用平均开关模型法$为化简模型%需要忽略开关频率及其边带&开关频带谐波与其边带$引入开关周期平均算子的定义’

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!/-2的传递函数4/-2为’!(/-2对输入’输出""’!/-2"

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式中%+/$2是(5$(5变换器中某电量#%&为开关周期%%&6"9,-$对电压&电流等电量进行开关周期平均运算%将

保留原信号的低频部分%而滤除开关频率分量&开关频率谐波分量及其边频分量3!4$图"中’和’(等效的开关网络如图!所示$

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!"#$%直流变换器的闭环控制

图!等效开关网络

从占空比至输出的传递函数可以看出%A平面中存在右半平面的零点%使得系统成为非最小相位系统$设计非最小相位系统的调节器是比较麻烦的%但其零点对应的频率在高频段%可利用超前<滞后补偿网络对其进行校正$*++,-直流变换器的闭环控制系统框图如:所示$其中%4"’7-2为式7>2%487-2为BCD脉宽调制器的传递函数%97-2表示反馈分压网络的传递函数%4:7-2为补偿网络的传递函数$此系统各部分

的传递函数为’

设’/$2为占空比的瞬时值%则等效网络中!"/$2&.%/$2的开关周期平均值分别为’

/."/$21%63"$’/$24..%/$21%

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经过开关周期平均变换后的*++,-变换器等效电路如图)所示$

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压电阻%<8为BCD调制器锯齿波幅值$

为保证闭环系统有一定的相位裕量和增益裕量%利用有源E5网络构成如

图)*++,-变换器等效电路

图=所示的超前$滞后补偿网络$

误差信号

对图)列写电压电流方程有’

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