DCDC转换器中无差拍控制器的研究与设计

学院（系）: 自动化学院

专业班级： 电气1301班

学生姓名： 庄东健

指导教师： 张侨

摘 要

提升和改善DC/DC电源变换器的功能、效率及可靠性等，是设计探索的关键问题，在Boost DC/DC变换器的开关噪声及EMI研究方面，Boost DC/DC变换器的开关噪声阐释是一项相当复杂的任务，在改进Boost DC/DC变换器的过程中，如今市面上的芯片可以采用电压型PWM和PFM相结合的控制。

本文首先从电路整体的方面对电源变换器的有关内容进行了详细地探索、分析和阐释，接着提出来了一款便携式简洁设计的Boost型DC/DC转换器电路，接着利用相关的电脑软件对其加以测试与仿真，其图形直观地验证了之前电源设计方案的前瞻性与准确性。之后通过开环闭环比较，展现变换器电路改善的过程和优化的必要，在设计要求范围内找寻最佳的匹配设计方案。最后的一个Boost斩波电路相对复杂，通过电压电流的波形研究，探索器件中参数变化对输出结果的影响。

在科技成长背景之下，全数字化控制不仅能够大幅减小系统的繁杂度，还能够应用更良好的控制模式。无差拍控制是这些年来新发展的一种跟踪精度高、动态响应速度快的数字控制策略。 本设计中为了改良电流模式控制下Boost DC/DC变换器的动态反应速率，应用电流预估和无差拍控制的理念对控制器加以编设。给出了外接法的预估策略和无差拍管控方式，解析了DC/DC转换器的小信号模型并且编设了它的控制器。

利用Matlab进行Boost变换电路仿真，在输出波形图上得到设计所需的目标电压电流值，把握实验中的参数，在合适范围内寻找最合适的电路运转状态，满足设计需求。

关键词：Boost变换器 数字控制 无差拍控制 仿真 Matlab

Abstract

To enhance and improve the DC/DC converter function, efficiency and reliability, is a key problem in design exploration, in terms of switching noise and EMI study of Boost DC/DC converter, switching noise DC/DC converter Boost interpretation is a very complicated task. In the process of the improved Boost DC/DC converter, now on the market of the chip can be used to control the voltage type PWM combined with PFM.

Firstly, relevant content of the power converter circuit from the overall aspects of the detailed exploration, analysis and interpretation, then put forward a portable design simple Boost type DC/DC converter circuit, then the test and simulation by computer software, the graphics verified the prospective before the design scheme of power supply and accuracy. Then, through the open-loop closed loop comparison, it is necessary to show the improvement process and optimization of the converter circuit, and find the best matching design scheme within the design requirements. Finally, a Boost chopper circuit is relatively complex, through the study of voltage and current waveform, to explore the influence of device parameters on the output results.

Under the background of scientific and technological development, full digital control not only can greatly reduce the complexity of the system, but also can apply more favorable control mode. Deadbeat control is a new digital control strategy with high tracking accuracy and fast dynamic response in recent years. In order to improve the dynamic response rate of the Boost DC/DC converter under current mode control, the controller is designed by using the idea of current estimation and deadbeat control. The prediction method and deadbeat control method of the external connection method are given. The small signal model of the DC/DC converter is analyzed and its controller is designed.

Boost transform circuit simulation using Matlab, get the target voltage and current design required value in the output waveform, grasp the parameters in the experiment, the most suitable for the circuit operation state in the appropriate range, meet the design requirements.

Keywords: Boost converter, digital power supply, deadbeat control, simulation,

Matlab

目 录

第一章 绪论 1

1.1 开关电源的主要特点 1

1.2 不同方式下数字式电源控制特点 1

1.3 数字控制的特点 1

1.3.1无差拍控制 2

1.3.2预测控制 3

1.4 开关电源的发展方向 4

1.5 本文的主要内容 5

第二章 Boost DC/DC变换器的工作原理和工作模式 6

2.1 Boost DC/DC变换器的基本原理 6

2.2连续与非连续导通工作模式 7

2.2.1连续导通工作模式的分析 7

2.2.2不连续导通工作模式分析 9

2.2.3 CCM和DCM工作模式的比较 10

第三章 DC-DC转换器的建模 11

3.1运行均衡模型 11

3.2分区模型 12

3.3规范化模型 13

3.4本章总结 16

第四章 无差拍控制器的设计 17

4.1电流模式控制 17

4.2电流环的无差拍控制设计 18

4.2.1预测方法 18

4.2.2控制策略 19

4.3电压环控制设计 19

4.4 结论 20

第五章 Boost DC/DC电路的设计与仿真 21

5.1开关稳压器的设计与仿真 21

5.2开环与闭环Boost电路设计与仿真 23

5.2.1开环Boost电路仿真 23

5.2.2闭环Boost电路仿真 24

5.3结合仿真的工作原理分析 26

5.3.1电路工作原理 27

5.3.2在模型中设置仿真参数 27

5.3.3启动仿真 28

5.3.4结论 30

第六章 全文总结与展望 31

致 谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

这些年来，伴着电源技术的飞速成长和海内外市场对电源产物需求的逐步扩大，对电源的设计与优化发出了愈来愈高层级的需要。作为一种优质电源，开关电源因其明显的小损耗，轻便易携带而广受好评，使其成为了现代稳压电源的非常受欢迎的产品。

1.1 开关电源的主要特点

开关电源具有的特点之一就是高效率，它的效率是一般线性稳压电源的200%。开关电源所用的集成电路的一类是一端或两端输出式脉冲宽度调制器。两种调制器都可以组成没有工频器的开关电源。目前，开关式电源的工作时候的频率越来越高，而且它自身消耗较少的能量，有的装置甚至有1MHz以上的工作频率；根据输出功率的不同，也分为三种小、中、大功率范围，开关电源的内部器件不是工作在低频的开关状况。开关电源的另一类是脉冲频率调制器。电源工作频率的改变，也伴随着电源效率的逐步变化。

1.2 不同方式下数字式电源控制特点