不同PWM调制方式对DC-DC变换器稳定性的影响及其改善方法

作     者：沙孟轲 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阮新波

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：脉宽调制方式 前沿调制 后沿调制 近似离散模型 电感电流反馈 稳定性 

摘      要：脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)因其结构简单、易于实现,已广泛应用于DC-DC变换器。根据三角载波形式的不同,PWM有前沿调制和后沿调制两种方式,它们对DC-DC变换器稳定性的影响不同。本文基于离散模型,研究不同PWM调制方式对DC-DC变换器稳定性的影响及其改善方法。本文以调制信号与载波信号的交截时刻作为采样时刻,对前沿调制方式和后沿调制方式下的Buck、Boost和Buck-Boost变换器进行了离散建模,得到这些变换器占空比到输出电压的传递函数G在离散域中的通用表达式。依据矩阵函数的相关性质和DC-DC变换器的低通滤波特性对G进行了近似,得到三类基本DC-DC变换器G在频域中的近似表达式。该近似离散模型能够准确至二分之一开关频率,且形式更为简单。基于所推导的近似离散模型,分析了不同PWM调制方式对三类基本DC-DC变换器稳定性的影响,并给出了物理解释。分析表明,Buck变换器的稳定性与PWM调制方式无关;而对于Boost和Buck-Boost变换器来说,前沿调制方式会比后沿调制方式具有更好的稳定性。由于在实际应用中,后沿调制方式更为常用。为此,本文提出在后沿调制的Boost和Buck-Boost变换器中引入电感电流反馈,可以等效获得前沿调制方式的特性。最后,基于上述理论分析,在实验室分别搭建了Buck、Boost和Buck-Boost变换器的原理样机各一台,并进行了实验验证。实验结果表明,本文提出的近似离散模型是准确的,且对于Boost和Buck-Boost变换器,在后沿调制方式下,引入电感电流反馈可以等效地实现前沿调制方式的效果。