內容簡介
開關變換器動態特性：建模分析與控制作者簡介
作者：(芬蘭)聖笛歐(TeuvoSuntio)譯者：許建平王金平等TeuvoSuntio，博士，畢業於芬蘭赫爾辛基理工大學，在電力電子行業從事了22年的工程和管理工作後，他受聘為芬蘭奧盧大學電子實驗室教授；2004年，他受聘為芬蘭坦佩雷理工大學電能量工程系教授。Suntio教授的研究興趣包括開關變換器、開關變換器組成的系統的動態特性和控制設計，以及可再生能源系統中開關變換器的相互作用。Suntio教授擁有數項國際專利，他是IEEE的高級會員。
目錄
譯者序
前言
第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 開關變換器的動態建模3
1.3 互聯繫統的動態分析4
1.4 規範等效電路5
1.5 基於負載回響的動態特性分析7
1.6 內容概括9
第2章 動態分析與控制動力學基礎15
2.1 引言15
2.2 開環動態特性15
2.2.1狀態空間16
2.2.2 二連線埠模型18
2.2.3 控制框圖19
2.3 閉環動態特性20
2.3.1 電壓輸出型變換器21
2.3.2 電流輸出型變換器23
2.4 負載和電源影響24
2.4.1 電壓輸出型變換器25
2.4.2 電流輸出型變換器26
2.5 LC電路舉例28
2.5.1 電壓輸出型電路28
2.5.2 電流輸出型電路30
2.6 基本的數學工具回顧32
2.6.1 線性化32
2.6.2 傳遞函式33
2.6.2.1 單零點33
2.6.2.2 單極點34
2.6.2.3 二階傳遞函式34
2.6.2.4 舉例36
2.6.3 穩定性和性能38
2.6.3.1 穩定性38
2.6.3.2 與環路增益有關的動態指標40
2.6.3.3 右半平面零點和極點42
2.6.4 矩陣代數42
2.6.4.1 矩陣加法44
2.6.4.2 矩陣乘以一個標量45
2.6.4.3 矩陣乘法45
2.6.4.4 矩陣的行列式45
2.6.4.5 矩陣的逆46
2.7 變換器的工作模式和控制模式46
第3章 直接導通時間控制開關變換器的平均和小信號建模51
3.1 引言51
3.2 直接導通時間控制52
3.3 通用建模方法54
3.3.1 Buck變換器55
3.3.2 Boost變換器57
3.3.3 Buck?Boost變換器58
3.4 恆頻CCM工作模式60
3.4.1 同步Buck變換器61
3.4.2 Buck、Boost和Buck?Boost變換器的動態描述65
3.4.2.1 二極體開關Buck變換器（見圖3.6 a）65
3.4.2.2 二極體開關Boost變換器（見圖3.8 a）67
3.4.2.3同步開關Boost變換器（見圖3.8 b）68
3.4.2.4 二極體開關Buck?Boost變換器（見圖3.1 0a）69
3.4.2.5 同步開關Buck?Boost變換器（見圖3.1 0b）70
3.4.3 穩態和小信號等效電路71
3.5 恆頻DCM工作模式74
3.5.1 Buck變換器75
3.5.2 Boost和Buck?Boost變換器的動態模型80
3.5.2.1 Boost變換器（見圖3.8 a）80
3.5.2.2 Buck?Boost變換器（見圖3.1 0a）82
3.6 動態特性83
3.6.1 Buck變換器83
3.6.1.1 控制?輸出傳遞函式84
3.6.1.2 輸出阻抗87
3.6.1.3 輸入?輸出傳遞函式88
3.6.1.4 輸入導納90
3.6.1.5 理想輸入導納91
3.6.1.6 短路輸入導納92
3.6.2 Boost變換器94
3.6.2.1 控制?輸出傳遞函式94
3.6.2.2 輸出阻抗96
3.6.2.3 輸入?輸出傳遞函式97
3.6.2.4 輸入導納98
3.6.2.5 理想輸入導納101
3.6.2.6 短路輸入導納102
第4章 峰值電流控制的平均和小信號模型106
4.1 引言106
4.2 峰值電流控制原理106
4.3 CCM模型108
4.3.1 Buck、Boost和Buck?Boost變換器占空比約束關係110
4.3.1.1 Buck變換器110
4.3.1.2 Boost變換器110
4.3.1.3 Buck?Boost變換器112
4.3.1.4 CCM基本傳遞函式113
4.3.2 基本變換器的特殊傳遞函式114
4.3.2.1 Buck變換器115
4.3.2.2 Boost變換器116
4.3.2.3 Buck?Boost變換器118
4.3.3 CCM模式界限的起因與影響119
4.4 DCM模型121
4.4.1 基本變換器的占空比約束關係123
4.4.1.1 Buck變換器123
4.4.1.2 Boost變換器123
4.4.1.3 Buck?Boost變換器124
4.4.2 PCMC變換器的小信號狀態空間模型124
4.4.3 DCM模式界限的起因與影響126
4.5 動態特性127
4.5.1 Buck變換器128
4.5.1.1 控制?輸出傳遞函式129
4.5.1.2 輸出阻抗131
4.5.1.3 輸入?輸出傳遞函式132
4.5.1.4 輸入導納134
4.5.1.5 理想輸入導納135
4.5.1.6 短路輸入導納135
4.5.2 Boost變換器137
4.5.2.1 控制?輸出傳遞函式138
4.5.2.2 輸出阻抗140
4.5.2.3 輸入?輸出傳遞函式142
4.5.2.4 輸入導納143
4.5.2.5 理想輸入導納144
4.5.2.6 短路輸入導納144
第5章 平均電流模式控制的平均和小信號模型148
5.1 引言148
5.2 ACM控制原理148
5.3 全紋波電流反饋建模150
5.4 ACM控制動態特性綜述153
5.4.1 控制?輸出傳遞函式153
5.4.2 輸出阻抗156
5.4.3 輸入?輸出傳遞函式158
5.4.4 輸入導納160
5.5 電流環高頻極點的影響161
第6章自激振盪控制的平均小信號模型166
6.1 引言166
6.2 自激振盪建模166
6.2.1 平均直接導通時間模型167
6.2.2 直接導通時間控制的小信號模型169
6.2.3 PCM控制的小信號模型170
6.3 動態特性173
6.3.1 Buck變換器173
6.3.1.1 控制?輸出傳遞函式174
6.3.1.2 輸出阻抗174
6.3.1.3 輸入?輸出傳遞函式176
6.3.1.4 輸入導納176
6.3.2 反激變換器176
6.3.2.1 控制?輸出傳遞函式177
6.3.2.2 輸出阻抗179
6.3.2.3 輸入?輸出傳遞函式181
6.3.2.4 輸入導納181
6.3.2.5 理想導納和短路導納182
第7章 電流輸出變換器的動態建模和分析185
7.1 引言185
7.2 電流輸出型變換器的動態模型186
7.2.1 改進的狀態空間平均法186
7.2.2 通用動態模型188
7.3 負載與電源的相互作用189
7.4 級聯電壓?電流環191
7.5 動態特性191
第8章 互聯繫統197
8.1 引言197
8.2 互聯理論198
8.2.1 負載和電源的相互影響199
8.2.2 內部穩定性和輸入?輸出穩定性201
8.2.3 輸出電壓遠端檢測技術203
8.2.4 輸入EMI濾波器205
8.3 減小互動影響的方法206
8.3.1 輸入電壓前饋207
8.3.2 輸出電流前饋208
8.4 動態特性實驗209
8.4.1 負載和電源間的相互影響211
8.4.2 遠端檢測216
8.4.3 系統穩態性221
第9章 控制設計問題227
9.1 引言227
9.2 反饋迴路設計限制230
9.2.1 相位和增益裕量231
9.2.2 右半平面零點和極點231
9.2.3 最大和最小環路交越頻率233
9.2.4 運算放大器的內部增益234
9.3 控制器實現234
9.4 光耦隔離237
9.5 基於穩壓器的控制系統237
9.5.1 動態模型237
9.5.2 雙環控制系統243
9.6 簡單控制設計方法245
9.6.1 控制設計實例：VMCBuck變換器247
9.6.2 控制設計實例：PCMCBuck變換器251
9.6.3 控制設計實例：VMCBoost變換器255
9.6.4 控制設計實例：PCMCBoost變換器258
9.7 結論261
第10章 四階變換器?Superbuck266
10.1 引言266
10.2 基本動態特性267
10.2.1 平均模型269
10.2.1.1 平均狀態空間269
10.2.1.2 穩態工作點270
10.2.1.3 臨界導電模式270
10.2.2 小信號模型270
10.2.2.1 小信號狀態空間270
10.2.2.2 傳遞函式271
10.2.3 右半平面極點273
10.2.4 設計考慮275
10.3 耦合電感Superbuck276
10.3.1 小信號模型277
10.3.2 右半平面極點279
10.3.3 減小輸入電流紋波280
10.3.4 設計考慮282
10.4 PCM控制Superbuck283
10.4.1 小信號模型283
10.4.2 設計考慮287
10.4.2.1 電感電流反饋補償287
10.4.2.2 避免右半平面極點的方法287
10.5 耦合電感PCM控制Superbuck288
10.5.1 小信號模型288
10.5.2 設計考慮292
10.6 動態特性分析293
10.6.1 SuperbuckI：15～20V/10V/2.5 A295
10.6.2 SuperbuckⅡ：6～9V/3.4 V/12A300
10.7 小結303
