提高同步整流BUCK变换器瞬态响应的数字控制算法研究

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作为电子信息系统的核心设备,电源性能的优劣直接关系到电子信息系统工作的精度,稳定性和可靠性。随着电子信息产业技术的不断发展,传统模拟电源本身所固有的工艺偏差、灵活性差、不方便集成等缺点使得其难以满足电源设备日益增长的要求,高精度、可编程的数字控制电源成为近年来国内外科研机构的研究热点。数字电源大大减少了在模拟电源中常见的误差、老化包括模拟器件的精度、温度影响、漂移、非线性不易补偿等问题。但复杂控制环路产生的时延使得其对外界条件变化的响应速度不尽如人意,论文对此进行研究,并提出改善数字电源瞬态响应的方法。
　　论文首先分析了数字控制Buck变换器的基本结构和功能,详细阐述了同步整流Buck变换器的工作原理,讨论了各种电路元器件对电源系统瞬态响应的影响。论文将控制环路分为采样、数据处理、补偿控制和DPWM生成四个部分,分别讨论该环节对电源系统瞬态响应的影响,在此基础上分析了环路时延产生的原因,并提出改善瞬态响应的方法。为了克服环路时延对系统瞬态响应的影响,论文比较分析多种预测方案,在此基础上结合电路结构提出一种补偿延时的预测方法能够准确预测单个或多个周期后的负载电压和电感电流,从而实现了环路时延的补偿。根据准确的预测结果提出了自适应模糊PID的控制方法。
　　最后将使用论文方法设计的数字控制器在Simulink仿真系统和FPGA上进行了实现和验证,并针对多种实际情况进行了测试。结果证明:
　　 (1)补偿延时的预测方法明显加快了反馈效果。超调量从30％降低到了5%,且克服了极限环现象。
　　 (2)采用自适应模糊PID控制方法在瞬态响应上的表现明显优于通用PID控制。在相同的瞬态条件下,采用自适应模糊PID控制方法比通用PID控制方法提高了16us的响应时间.
　　 (3)论文方法设计的数字控制器在小于2V的输出电压调节下可以在8个开关周期内进入稳压状态。

著录项

作者
李青乘;
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作者单位

东南大学;

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授予单位东南大学;
学科软件工程
授予学位硕士
导师姓名孙伟锋,李祖华;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类变换器;
关键词
Buck变换器; 数字控制算法; 瞬态响应; 电路结构;

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