华中科技大学硕士学位论文数字控制DC/DC变换器的系统建模与分析姓名：余少敏申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：邹雪城20090525华中科技大学硕士学位论文摘要为满足对现代电源复杂性要求，电源行业中数字电源逐渐兴起。数字电源相较模拟电源而言，具有可编程、灵活度高、应用广泛、成本日益降低等优点。数字电源中应用最广泛的是数字控制DC/DC变换器，目前国内外普遍用状态空间平均法对其建模，指导频域中数字补偿器的设计，此法忽略了数字控制环路中的重要的采样特性和环路延迟。其它方法如在Z域建模是将连续域中模型数学变换到Z域中，没有考虑采样和环路延迟对系统功率级的影响。为了能更真实准确地对数字控制DC/DC变换器建模，本文提出一种新的离散域建模方法——采样数据模型法，考虑采样特性和环路延迟对系统功率级的影响，指导数字补偿器在Z域中的设计。本文首先介绍了DC/DC转换器的控制方法和反馈模式，然后以DC/DC变换器中的Buck变换器为代表，选取了PWM控制的数字电压反馈模式对Buck变换器建模，分别在连续域中用状态空间平均法建立频域模型，在离散域中用采样数据模型的方法建立Z域模型。本文接下来基于Z域模型，完成了Z域中比例补偿器的设计，用Matlab软件分析了环路延迟时间对系统稳定性的影响，讨论比例补偿器确定的临界补偿值。本文最后以频域模型为指导，设计出Buck变换器的模拟PID补偿器，数学转换到Z域中成为数字补偿器；再以Z域模型为指导，直接设计出数字PID补偿器。本文将两种方法设计出的PID补偿器参数分别代入系统中，用Matlab和Simulink软件对系统仿真，对比仿真结果表明，采样数据模型法建模法所设计出的系统的优势在于：阶跃响应稳定时间少0.22ms，超调量小10.54％，负载调节时间少0.11ms。总的来说，离散域中采样数据模型建模准确描述了数字控制DC/DC变换器的工作状况，考虑到了采样与环路延迟对系统功率级的影响，指导设计出的离散系统具有更好的时域特性。关键词：DC/DC变换器数字控制采样数据模型离散域PID补偿器I华中科技大学硕士学位论文AbstractWepaymoreattentiontodigitalpowerbecauseofthedemandofpowersupply’scomplexity,comparedtoanalogpower,ithasmanymeritssuchasprogrammability,controlflexibility,applicationwidelyandcostdeclinegradually.Atpresent,theaveragedstatespacemethodisthemostpopulartomodelthedigitalcontrolDC/DCconverter,andinstructsthedesignofthedigitalco...
