摘要：文中对BUCK型DC—DC变换器进行了体系建模。为了得到包括均匀电流调理开关操控办法的双环操控体系的简化模型，提出了一种电流环闭环传递函数的近似函数，并分别对电流操控器，电流补偿网络和功率级进行了建模，选用Mathcad进行仿真，得到体系相位裕度到达54°的成果。
关键词：BUCK型DC—DC；均匀电流操控；建模剖析；相位裕度
开关电源是使用现代电力电子技术，通过操控功率管导通和关断，保持安稳输出电压的一种电源，一般由操控芯片和功率器材(功率MOS FET或IGBT)构成。开关电源具有集成度高、外围电路简略、电源功率高级长处，在各种电子产品中得到广泛的使用。因而对开关电源的建模提出了很高的要求。文中提出了针对BUCK型的均匀电流操控型开关调理体系的建模剖析，运用Mathcad建模东西对其进行仿真，使其开关电源体系终究相位裕度到达54°。
1 均匀电流操控性开关电压根本原理
开关电源调理操控形式一般分为电压型和电流型。关于电压型操控开关调压体系，其作业原理是当输出电压发生变化时，其通过电压采样网络得到电压信号作为反应信号，完结闭环操控。体系中只要反应电压环，因而也被称为单环操控体系。单环操控体系的长处是结构简略、规划便当，可是当体系遭到某种搅扰时，体系中的各项参数量均会发生变化，可是由于单环作业原理，体系有必要比及输出电压发生变化时，操控网络才干起作用，然后形成开关电源的功率下降。针对以上问题，文中提出了一种均匀电流操控的BUCK型双环开关调理体系，其原理框图如图1所示。图中是体系选用双环操控原理，分为电流内环操控和电压外环操控，通过直接串联电阻，对电感电流实时采样，将信号衔接于电流操控器的反相端，一起电压外环选用带有补偿网络的差错扩大器，其输出的差错电压衔接到电流操控器的正端，再对电流操控器进行积分处理，完结均匀电流操控，其得出的信号与锯齿波通过PWM比较器进行比较，然后通过驱动电路完结整个体系的操控。
2 均匀电流建模剖析
依据规划目标，电流采样电阻Rs=0．1 Ω，开关频率fs=500 kHz，输出电容为C=220μF，ESR电阻为Rc=0．15 Ω，电感L=47μH，输入电压为10 V，输出安稳在8 V，锯齿波的峰峰值VM=5 V。文中依据上述目标用Mathcad对整个均匀电流操控型DC—DC进行建模剖析。其间Rc电阻为电容的寄生电阻。
2．1 均匀电操控形式电流环闭环剖析
电流操控环是由部分开关变换器、电流采样器、电流操控器和开关操控器等组成，因而能够把电流操控环等效为一个新的功率级，等效功率级与电压操控器组成了电压操控环。电流操控环是内环，完结电流主动操控；电压操控环是外环，完结电压主动调理。
2．2 电流操控器规划
依据上面的目标参数，能够确认电流补偿网络在开关频率处的最大扩大倍数：
依据体系的安稳性剖析，期望在直流频率点邻近，体系的增益要很大，在中频段其幅频特性的下降频率应为-20 dB／dec，在高频阶段，为了有用的按捺噪声，通常将高频极点fp设置在开关频率处或低于开关频率。然后在确认低频零点频率fz和高频极点频率fp，依据电容电阻反应网络公式，得出以下方程：
2．3 均匀电流操控形式电流环的闭环剖析
在上述剖析中，将电流操控内环等效成一个功率级，其电流环闭环框图如图2所示。
2．4 闭环传递函数的简化模型
从上式中能够发现该体系为一个高阶体系，关于剖析和规划带来了很大的困难，因而本文提出了一个近似模型。用一个双极点模型来近似替代闭环传递函数，并通过Mathcad仿真后，其所得的图画如图3所示，近似迫临模型函数：
剖析两个仿真成果可知：在低频下，2个函数图形根本能够等效，在高频下，差错跟着频率的添加而相应的变大。因而近似模型能够作为闭环的模型。(其间图中的为电流操控环的原函数图形，为电流操控环的近似模型)
2．5 功率级的等效模型
等效功率级是由电流操控环及其负载组成，其框图如图4、5所示。
2．6 电压补偿网络规划
关于整个体系，是由电流环操控等效成的一个新的功率级和电压外环组成。电压外环的补偿网络的传递函数如图6所示。
传递函数为：
由于等效功率级具有3个极点和1个零点，因而选用图6所示的双极点一双零点补偿网络作为电压操控器。其间令第一个极点fp01抵消等效功率级的ESR零点fz，第二个极点fp02=fs，来添加高频时的噪声按捺，第一个零点fz01抵消等效功率级的fp1，第二个零点fz02=fp2，来抵消电流环的另一个极点。
开关电源体系终究传递函数为：
2．7 开环传递函数的仿真成果
依据上面的传递函数公式和本文中给出的参数，通过Mathcad仿真，能够得出其体系的幅频特性和相频特性，如图7、8所示。核算可得体系中近似模型的相位裕度到达了54．022°体系的原函数的相位裕度为53．595°，均到达工程要求。两者相位裕度仅相差0．427°，差错相对较小，而且运用近似模型给全体体系的规划带来了很大的便当。
由图可见：
在低频段，幅频特性的下降斜率为-20 dB／dec，在低频处存在一个零极点，体系的静态差错等于零。
在中频段，幅频特性的下降频率为-20 dB／dec，体系有满意的相位裕度，所以电压操控环一定是安稳的。
在高频段，幅频特性的下降斜率为大于或等于-40 dB／dec，体系具有很高的抗噪声才能。
3 定论
文中通过对BUCK型DC—DC建模，提出了一种均匀电流形式的开关调理体系，相关于传统的单环电压式操控，其能够得到更好的动态功能。为了规划愈加简洁，提出了电流形式的近似函数，通过终究的仿真，其相位裕度到达54°，满意DC—DC安稳性的要求。该规划选用双环操控的办法，有用的添加了开关电源的安稳功率，使得外部影响要素减小。选用Mathcad建模东西，在项目参数要求下，很好的确认了其双环的补偿网络，到达了项目的目标要求。
