基于脈沖序列控制技術(shù)的降壓型開關(guān)電源

圖2 DCM DC-DC 變換器在PT控制模式下的控制電路原理圖和工作波形

根據(jù)電源設(shè)計要求， 當(dāng)輸出電壓Uo 大于基準(zhǔn)電壓Uref 時， 控制脈沖為低能量脈沖， 占空比為DL:

式中， USH 為鋸齒波信號USAW 的最大值; USL 為鋸齒波信號USAW 的最小值。

將設(shè)計參數(shù)代入式( 3) 中， 得到低能量脈沖的占空比為DL= 0. 25

同理， 當(dāng)輸出電壓Uo 小于基準(zhǔn)電壓Uref 時， 控制脈沖為高能量脈沖的占空比：

得高能量脈沖的占空比為DH = 0. 5.

2 仿真及實驗驗證

為了驗證PT 控制方法和模擬控制器的可行性，設(shè)計了一個基于PT 控制的DCM Buck 變換器， 其主要參數(shù)為： Uin = 15 V, Uo = 5 V, L = 100uH, C=470uF, R= 10Ω , f = 10 kHz.

圖3 顯示了PT 控制的DCM Buck 變換器工作仿真波形。在圖3 中可以看出， 當(dāng)Uo 大于Uref 時， 控制脈沖Upt 為低能量脈沖， 占空比為DL= 0. 25; 當(dāng)Uo 小于Uref 時， 控制脈沖Upt 為高能量脈沖， 占空比為DL =0. 5, 與設(shè)計參數(shù)相符合。此時的控制脈沖序列為PH -PL - PL .

圖3 PT控制DCM Buck變換器工作仿真波形圖

由圖3 可知， 輸出電壓Uo 的紋波隨著電感電流I L 的變化而變化。控制信號每輸出一個高能量脈沖，輸出電壓紋波值增大; 輸出低能量脈沖時， 輸出電壓紋波值減小， 但是其值始終在5 V 上下范圍內(nèi)波動。仿真結(jié)果與實驗設(shè)計要求一致。

從圖4( a) 中， 可以看出當(dāng)MOSFET 管導(dǎo)通控制信號為高能量脈沖占空比為DH 時， 輸出電壓Uo 有小幅上升; 而MOSFET 管導(dǎo)通控制信號為低能量脈沖占空比為DL 時， 輸出電壓Uo 有小幅下降， 與仿真波形圖一致。在圖4( b) 中， 可觀察輸出電壓Uo 的紋波圖， 能夠更清楚地反映開關(guān)管導(dǎo)通控制信號與輸出電壓的變化關(guān)系。從圖中， 可以更加明顯看到開關(guān)管導(dǎo)通控制信號的變化對輸出電壓的影響， 與仿真結(jié)果基本一致。

圖4 PT 控制DCM Buck 變換器控制脈沖信號與輸出電壓波形和輸出電壓紋波波形

3 結(jié)論

本文在介紹了一種新型控制技術(shù)--脈沖序列控制技術(shù)， 并將其應(yīng)用于DCM 模式的降壓型Buck DC-DC 變換器， 用模擬方式實現(xiàn)了開關(guān)變換器對輸出電壓的控制。本文介紹的理論不需要誤差計算等詳細(xì)的小信號或大信號分析， 且適用于各種開關(guān)變換器， 仿真和實驗結(jié)果驗證了PT 控制方法的可行性。