基于数字化峰值电流模控制的Boost开关变换器的建模和仿真

随着电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。电源是电子产品的一个重要组成部分。电源的形式多种多样，其中的开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻、线路形式多样等特点已成为各类电子设备所应用的主流电源。开关功率变换器是开关电源的核心部分。它是一个典型的切换线性混杂系统，本质上有很强的非线性，其建模、控制、仿真一直是电力电子学研究领域的重要内容。近年来由于电路简单可靠、便于通信和监控、灵活性强等优点，以及数字信号处理器性价比的提升，数字控制技术在开关变换器中得到广泛的应用。各种有关数字控制变换器的离散时间建模方法也得以提出，但其中大部分针对的是采用电压模单环控制的开关功率变换器，然而电流模双环控制方式被认为是一种动态响应特性和鲁棒性均优于电压模控制，并应用更为广泛的控制方式。因此，本文以峰值电流数字控制的DC-DC开关变换器作为研究对象，具有更普遍和实用价值。 本文的研究目的是建立数字峰值电流模控制的Boost开关变换器的离散时间数学模型。文中首先介绍了开关变换器的研究背景和意义、开关变换器建模方法的发展过程、数字控制的发展优势和趋势。然后说明了电压模和电流模两种PWM控制方式，并分析了峰值电流模PWM数字控制的Boost开关变换器的电路工作原理。接着应用状态空间平均法和时间平均等效电路法这两种开关变换器中典型的建模方法分别求出Boost变换器的开环传递函数和交流小信号模型。最后通过分析得到峰值电流模控制的Boost闭环系统电路的等效功率级传递函数，并考虑零阶保持器的因素，对系统进行离散化处理，推导出基于数字化峰值电流模控制的Boost开关变换器的离散域模型。应用Simulink仿真工具验证了这种方法的有效性和可行性。