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摘 要

Buck变换器是电力电子直流变换器非隔离拓扑结构中最常用的变换器之一，是构成很多大电路系统的基础。从控制角度来说，Buck变换器可以采用电压控制模式、平均电流控制模式和峰值电流控制模式等，灵活多样。本文针对其不同控制方式进行比较分析研究。

本文从背景以及意义阐述目前开关变换器国内外的研究现状以及将来的发展趋势；通过分析Buck变换器的结构原理，进而了解其三种工作模式，选择CCM工作模式对Buck变换器进行小信号建模分析得到等效电路；在此基础上，分别对电压控制模式以及电流控制模式（平均电流控制模式和峰值电流控制模式）下的系统进行分析，指出其控制模式中各元件的作用，然后根据电力电子与自动控制原理理论推导小信号等效电路的传递函数；运用Saber软件对三种控制模式进行仿真分析，总结提炼各控制模式的特征和优势，为不同场合下的实际应用提供理论依据。

关键词：DC/DC变换器 Buck变换器 电压控制模式 电流控制模式 补偿网络

Comparative Study of Voltage Mode Control and Current Mode Control for Buck Converters

Abstract

Buck converters are one of the most commonly used converters in power electronic DC converter of the non-isolated topology, which is the basis of many circuit systems. From the control mode point of view, buck converters can choose voltage mode control, average current mode control and peak current mode control. The mode controls of buck converters are flexible and diverse. In this paper, different mode controls are compared and analyzed.

The development of switching converter is introduced at home and abroad in terms of the background and significance. According to the structural principle of Buck converters, we can learn three operating modes. We choose CCM mode to establish the small signal model and equivalent circuit. On this basis, voltage mode control and current mode control (average current mode control and peak current mode control) are analyzed to learn the function of every component in mode controls. We can derive transfer function of the equivalent circuit model with the knowledge of power electronics and principle of automatic control. Three mode controls are simulated and analyzed by using Saber software. We can summarize and refine the characteristics and advantages of each control mode to lay a theoretical analysis foundation for the practical application in different situations.

Key Words: DC to DC converters; Buck converters; Voltage mode control; Current mode control; Compensation network

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状及发展趋势 1

1.2.1 国内外研究现状 1

1.2.2 发展趋势 3

1.3 论文的主要工作 4

第二章 Buck变换器基本原理及控制方法 6

2.1 Buck变换器的工作原理 6

2.1.1 电感电流连续模式 7

2.1.2 电感电流断续模式 8

2.2 Buck变换器的控制模式 10

2.2.1 电压控制模式 10

2.2.2 电流控制模式 11

2.3 本章小结 12

第三章 电压型控制和电流型控制的建模及分析 13

3.1 Buck变换器小信号建模分析及稳定性判据 13

3.1.1 Buck变换器主电路小信号建模 13

3.1.2 Buck变换器稳定性判据 17

3.2 电压控制模式分析 18

3.3 平均电流控制分析 19

3.4 峰值电流控制分析 21

3.5 本章小结 22

第四章 电压型控制和电流型控制的比较研究与仿真验证 23

4.1 Buck变换器设计要求及参数设计 23

4.1.1 主电路的参数设计 24

4.1.2 控制方式的选择 26

4.2 Buck变换器环路补偿设计及仿真 27

4.2.1 电压型控制的补偿设计及仿真 27

4.2.2 平均电流控制的补偿设计及仿真 33

4.2.3 峰值电流控制的补偿设计及仿真 39

4.3 电压控制和电流控制的仿真结果比较分析 45

4.3.1 补偿网络 45

4.3.2 输出电压和电感电流 46

4.3.3 动态性能 49

4.4 本章小结 51

第五章 总结与展望 51

参考文献 52

致谢 55

附录 56

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

目前我们对电源进行分类，一般分成两类，一类是指把机械能等其他能量通过不同方式的转化而得到的电源，即发出电能的电源，如电池等。另一类是指输入端和输出端都是电能的电源，即变换电能的电源，如开关电源^[1]。电力电子器件与电阻、电感、电容连接组合构成的电路就是开关电源，通过这样组合可以将电能转换成其他能量。利用改变功率型半导体器件脉冲的占空比从而来稳定电压的输出，这是开关电源的原理。其效率可高达70%-95%，频率已到达MHz^[2]。

开关电源按其拓扑结构可分为AC/DC和DC/DC两大类^[1]；其中DC/DC变换器是直流电压值互相转换，即直流斩波^[4]。

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