PWM开关建模反激转换器使用第二级LC滤波器

时间：2015-12-09 18:33:10

关键字： LC滤波器 PWM 建模开关

[导读]在电源管理输出电压纹波，以满足排放法规要求的方法之一。有效地执行一个第二级LC滤波器的确实需要额外分析和调整以使电源稳定。实现一个第二级LC滤波器反激式转换器设计可

在电源管理输出电压纹波，以满足排放法规要求的方法之一。有效地执行一个第二级LC滤波器的确实需要额外分析和调整以使电源稳定。实现一个第二级LC滤波器反激式转换器设计可以用更少的滤波电容和得到的输出负载更低电压纹波。一个第二级LC滤波器与额外的输出电容来降低电压纹波是一种较低成本的解决方案，提高了系统的可靠性，因为更少的电容。然而，第二级LC滤波器的补救引入不稳定输出调节，而无需重新调整所述补偿网络。为了解决这个输出调节问题，一个坚固的设计应该导出的开关功率转换器的小信号模型。推导将识别开关电源的极点和零点在闭环控制系统中，因此可以获得关于整个系统的行为有些直觉和更高优化补偿网络。

反激变换器采用第二级LC滤波器图片

图1：采用第二级LC滤波器反激式转换器。

有三种流行的方式来得到一个小信号模型的反激式：

国家空间平均法通过米德尔介绍;

从Vorperian PWM开关模型;

场均切换的方法，从罗伯特·爱立信。

状态空间平均法已被用于模拟许多PWM变换器，并已被证明是在设计一种稳定环的有用工具。然而，由于状态空间平均方法利用像电感内的电流信号和所述电容器两端的电压的参数，推导工作必须重做如果任何其它活性成分加入。这一特性使得国家空间平均法来反激式转换器，第二级LC滤波模型不方便。

该PWM开关建模方法线性化开关组件集成到一个小信号模型。 PWM开关建模可以启动一旦电路看起来像图2a。如图2(a)中，反激式转换器首先由通过阻抗反射反映其二次侧到它的初级侧配置到降压 - 升压。三端的PWM开关网络(ACP终端;主动 - 共被动端子)在降压 - 升压可以替换现有的线性化模型中任CCM或DCM(图2(b))的操作条件。通过插入这些已经衍生线性化模型，所述反激式转换器的传动系的一个小信号模型准备好用于寻找极(S)和零(或多个)在一个封闭的循环。

反激式配置的图像成降压 - 升压

图2(a)：配置反激成降压 - 升压。

PWM开关建模降压 - 升压型的图像

图2(b)：在降压 - 升压PWM开关建模。

还有用平均开关建模的方法反激式转换两种方式。一种方法是，以反映负载到初级侧，然后用摄动和线性化模型代替FET和二极管，因为我们没有使用的PWM开关。这种做法似乎不那么有吸引力，因为它需要额外的努力，获得了平均模型，而PWM开关模型是现成的插件。建模的另一种方法是将平均模型直接推导出无阻抗反射。但是，使用这种方法得出的模型，比使用PWM开关，这使得它不是一个很好的选择建模反激式派生模型更加复杂。因此，PWM开关建模是最有效的选择用于建模的反激式转换器，第二级LC滤波器。相比，更直接的PWM开关的方法，这两种平均开关的方法需要更多的步骤或多个并发症找到小信号模型，找到极(S)和零(ES)为回扫。

阻抗反思描述为反激式PWM开关模式

使用PWM开关的方法来分析由一第二阶段LC输出滤波器引入的稳定性和输出的设定点容差的问题，需要做的阻抗反射，以简化的输入输出模型。为了分析一个反激变换器的小信号模型，通过反映在二次侧的负荷，滤波帽(阻抗)到初级侧开始。

反激式转换器，多路输出的图像

图3：反激式转换器，多路输出。

图3示出一个简化的反激转换器具有三个输出。随着反射阻抗，反激式转换器变成一个降压 - 升压型转换器。 Z1，Z2和Z3为输出阻抗为三个输出，分别与可以计算如下：

方程1-3

回顾用于反激转换器的基本操作，能量被当主开关M1被关断传输。初级侧和次级侧之间的链路是磁芯内的磁通。这示于图4。

电流流动的图像时开关M1导

图4：电流流入时开关M1开启。

如图4(a)中，用于与开关M1上的单个输出的配置，电流Ip流过初级侧绕组的磁通Φ增大。由于二极管被反向偏置，无电流流经次级侧绕组。当开关M1被关断，如图2(b)中，以保持磁通保持不变，二极管是现在正偏和导通。然后，以下公式适用：

方程4-9

基于等式(9)，每个输出的输出阻抗可以通过乘以一个系数和并行地反映到初级侧。与反射的阻抗，一个反激式转换器变成一个降压升压转换器。甲反激式转换器，乘法输出可以简化成降压 - 升压与几个负载并联，如图5。

简化的降压 - 升压转换器的图像的并行乘载

图5：简化的降压 - 升压转换器并联乘法负荷。[!--empirenews.page--]

与负载从次级侧到初级侧的反射，反激式转换器可以被分析为降压 - 升压转换器。这种做法可以极大地缓解了其第二级LC滤波器用于在每个输出降低输出电压纹波的应用程序的分析工作。

传递函数导出为反激式PWM开关模式

使用PWM开关的方法来分析由一第二阶段LC输出滤波器引入的稳定性和输出的设定点容差问题，阻抗反射简化了输入到输出的模型到降压 - 升压(图5)。与反射阻抗简化以上表明，一个反激式转换器变为降压 - 升压转换器，用于下一步骤。这种简化可以大大缓解对于其中的第二级LC滤波器用于每个输出端的应用程序的分析工作

由于降压 - 升压转换器工作在CCM和DCM根据负载的条件下，有用于在CCM和DCM中，分别的开关2不同的PWM开关的模型。图6示出在CCM中所述的PWM开关，同时图7表示在DCM PWM的开关。

在CCM PWM开关的图像

图6：CCM PWM开关。

在DCM PWM开关的图像

图7：在DCM中的PWM开关。

相应的PWM开关模型可以与所述降压 - 升压转换器根据转换器的操作模式(多个)相结合。图8示出在变换器与PWM开关而转换器运行在CCM而图9示出了在转换器将PWM开关而转换器在DCM运行。

PWM开关的降压 - 升压在CCM图片

图8：降压 - 升压型PWM开关CCM。

PWM开关的降压 - 升压型的DCM图片

图9：在降压 - 升压的PWM开关DCM中。

与组合的PWM开关和降压 - 升压模式，如图8和图9，导出所述降压 - 升压转换器的功率级的传递函数被简化。

为了说明建模过程中，图10描绘如下所示。