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基于同步Buck变换器的数字控制技术研究

作　者: 李卫海
导　师: 陈亚爱
学　校: 北方工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 同步Buck 数字控制 DSP 电容电荷平衡
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着信息技术的不断发展,CPU的处理速度越来越快,它对供电的要求也越来越严格：一方面要求输出电压尽可能低,另一方面要求输出电流非常大。在这种情况下电源的效率问题就凸显出来,而同步Buck变换器作为重要的DC/DC降压式拓扑,结合了同步整流技术高效率的优点能够提高电源的效率,因此被广泛应用于低电压、大电流的场合。同步Buck开关调节系统作为一个高阶、离散、非线性的病态系统,很难建立精确的模型,其控制技术的选择、控制电路的设计需综合考虑诸多因素,在满足变换器设计性能指标的前提下,要综合考虑系统运行的可靠性、调试的简单性、成本的合理性等。本文分析了当前同步Buck变换器所应用的各种控制技术,总结了它们各自的优缺点,并讨论了各种控制技术应用场合,对同步Buck变换器控制技术的选择具有一定的指导意义。同步Buck变换器的传统控制方法是建立在低频小信号分析上的、所采用的控制技术应用于大信号条件下的系统可能是不稳定的。随着控制理论的不断发展,一些非线性控制技术因其独特的控制性能也被尝试应用到开关变换器的控制电路中。本文推导并实现了一种非线性控制方法——电容电荷平衡控制,虽然它是在同步Buck变换器上实现的,但是也可以推广应用于其他开关变换器上。为了实现同步Buck变换器的数字控制技术、验证推导的电容电荷平衡控制算法的正确性,设计、搭建了以TMS320F28335 DSP为控制核心的数字控制实验平台,并在MATLAB/SIMULINK仿真结果指导下完成了预期的实验。仿真和实验结果证明电容电荷平衡控制算法的控制效果与传统的线性控制策略控制效果相比有了很大提高,满足设计要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
引言  7-9
1. 同步Buck变换器及其控制策略  9-21
  1.1 同步Buck变换器  9-13
    1.1.1 Buck变换器工作原理  9-10
    1.1.2 同步整流技术  10-12
    1.1.3 同步Buck变换器结构分析  12-13
  1.2 同步Buck变换器控制策略  13-21
    1.2.1 模拟控制  13-16
    1.2.2 数字控制  16-21
2. 电容电荷平衡控制策略  21-31
  2.1 控制原理  21-22
  2.2 推导过程  22-31
3. 同步Buck变换器数字控制系统硬件设计  31-36
  3.1 系统组成  31
  3.2 同步Buck变换器设计  31-34
  3.3 信号调理电路设计  34
  3.4 辅助电源设计  34-35
  3.5 控制电路介绍  35-36
4. 同步Buck变换器数字控制系统仿真设计  36-43
  4.1 建立主电路仿真模型  36
  4.2 死区管理仿真模块设计  36-37
  4.3 信号处理仿真模块设计  37-38
  4.4 同步Buck变换器数字控制仿真系统搭建  38-39
  4.5 仿真结果  39-43
5. 同步Buck变换器数字控制系统软件设计  43-47
  5.1 概述  43
  5.2 程序设计  43-45
    5.2.1 系统控制程序启动  43-44
    5.2.2 同步Buck变换器软起动  44-45
    5.2.3 PID控制  45
    5.2.4 电容电荷平衡控制  45
  5.3 软件编写  45-47
6. 实验和数据分析  47-54
  6.1 实验概况  47
  6.2 实验结果  47-52
  6.3 数据分析  52-54
主要完成的工作与结论  54-55
参考文献  55-57
在学研究成果  57-58
致谢  58-59
附录1  59

基于同步Buck变换器的数字控制技术研究

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