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无交叉影响的V2控制PCCM SIDO Buck变换器稳定性及瞬态性能分析

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中国电机工程学报 2021年第19期41卷 6748-6759页

作者：周述晗周国华叶馨王悦四川大学电气工程学院四川省成都市610065 西南交通大学电气工程学院四川省成都市611756

为解决电压型控制伪连续导电模式(pseudo continuous conductionmode, PCCM)单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO) Buck变换器输出支路存在交叉影响、负载瞬态响应慢等问题,提出一种输出支路无交叉影响、负载瞬态响应速度快... 详细信息

为解决电压型控制伪连续导电模式(pseudo continuous conductionmode, PCCM)单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO) Buck变换器输出支路存在交叉影响、负载瞬态响应慢等问题,提出一种输出支路无交叉影响、负载瞬态响应速度快的V2控制PCCM SIDO Buck变换器技术。首先,阐述V2控制PCCM SIDO Buck变换器的基本工作过程,建立实际电路参数下V2控制和电压型控制PCCM SIDO Buck变换器的小信号模型,利用波特图对比分析2种控制方法的负载瞬态性能和交叉影响特性;然后,建立V2控制PCCM SIDO Buck变换器的采样数据模型,通过对平衡点处的雅克比矩阵及其特征值进行分析,得到电路参数变化时变换器的状态区域分布图,为电路参数的设计提供理论指导;最后,搭建实验平台,并验证所提理论的正确性。理论和实验结果表明,相较于电压型控制,V2控制PCCM SIDO Buck变换器的输出支路间交叉影响为零,且负载瞬态响应速度更快。

关键词：单电感双输出伪连续导电模式 V2控制交叉影响瞬态响应

混合导电模式单电感双输出Buck变换器动态续流控制技术

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中国电机工程学报 2022年第23期42卷 8686-8698页

作者：周国华谭宏麟周述晗张小猛西南交通大学电气工程学院四川省成都市611756 四川大学电气工程学院四川省成都市610065

以工作于混合导电模式(hybrid conduction mode,HCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器为研究对象,文中提出一种动态续流控制技术。首先,分析HCM SIDO Buck变换器的工作原理;基于5个工作状态的电感电流、电... 详细信息

以工作于混合导电模式(hybrid conduction mode,HCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器为研究对象,文中提出一种动态续流控制技术。首先,分析HCM SIDO Buck变换器的工作原理;基于5个工作状态的电感电流、电容电流有效值,计算主功率电路的功率损耗,得到不同负载条件下变换器的工作效率。其次,对比分析恒定续流控制伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode,PCCM)SIDO Buck变换器、恒定续流控制HCM SIDO Buck变换器以及动态续流控制HCM SIDO Buck变换器的损耗与效率;推导动态续流控制与恒定续流控制HCM SIDO Buck变换器的负载与占空比的关系,并对两者的工作范围进行比较。研究结果表明:相比于恒定续流控制PCCM SIDO Buck变换器和恒定续流控制HCM SIDO Buck变换器,动态续流控制HCM SIDO Buck变换器具有低交叉影响、高工作效率和宽负载范围的特性。最后,通过仿真与实验验证理论分析的正确性。

关键词：单电感双输出混合导电模式动态续流控制交叉影响损耗分析负载范围

单电感双输出Boost变换器电流型控制技术

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单电感双输出Boost变换器电流型控制技术

作者：周述晗西南交通大学

学位级别：硕士

单电感多输出(Single-Inductor Multiple-Output,SIMO)开关变换器的所有输出支路共享一个电感,极大地减少了多路输出系统所需磁芯的数量、降低了成本,备受学术界和工业界的关注,并且在电脑、便携式设备、LED照明等需要不同等级供电电压... 详细信息

单电感多输出(Single-Inductor Multiple-Output,SIMO)开关变换器的所有输出支路共享一个电感,极大地减少了多路输出系统所需磁芯的数量、降低了成本,备受学术界和工业界的关注,并且在电脑、便携式设备、LED照明等需要不同等级供电电压的场合具有广泛的应用前景。因此,研究SIMO开关变换器具有重要意义。论文以双路输出为主要出发点,首先以单电感双输出(Single-Inductor Dual-Output, SIDO) Boost变换器为研究对象,详细分析了SIDO Boost变换器的工作原理、工作特性、电感电流变化趋势等。从理论上分析了输出支路产生交叉影响的原因以及存在的解决方案。分析了SIDO Boost变换器可以实现一路输出为降压的理论依据,并通过计算推导了实现降压输出时变换器电路需要满足的工作条件。研究结果表明：在一定的电路参数条件下,SIDO Boost变换器可以实现一路输出为降压,且实现降压输出支路的最小输出电压可以等于零,并通过仿真和实验验证了SIDO Boost变换器实现降压输出的可行性和正确性。其次,针对不同的电感电流变化趋势,提出了可行的电流型控制SIDO Boost变换器技术及其实现方案。研究了单斜坡补偿和双斜坡补偿的方式,推导了电流型控制SIDO Boost变换器稳定工作的条件。建立了电流型控制SIDO Boost变换器的时域仿真模型,通过时域仿真分析了变换器的稳态性能、瞬态性能、输出支路的交叉影响以及稳定性等。由研究结果可知：相比于传统的共模-差模电压型控制,电流型控制SIDO Boost变换器提高了变换器的瞬态响应速度并抑制了输出支路间的交叉影响;引入斜坡补偿时,双斜坡补偿方式下的稳定性优于单斜坡补偿。通过时域仿真验证了电流型控制SIDO Boost变换器技术理论分析的正确性。最后,建立了电流型控制SIDO Boost变换器的动力学模型,分析了电路参数变化时变换器的动力学行为。研究了双参数条件下变换器的状态空间分布图,推导了SIDO Boost变换器从稳定态到不稳定态、从电感电流连续导电模式到断续导电模式的分界线方程。结果表明：随着电路参数变化时,电流型控制SIDO Boost变换器存在多种不同的分岔类型、工作状态和分岔路由。通过时域仿真和实验验证了理论分析的正确性。

关键词：单电感多输出 Boost变换器电流型控制交叉影响动力学行为

升压型单电感双输出变换器输出低电压的理论分析与实验验证

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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电工技术学报 2014年第S1期29卷 218-225页

作者：周述晗周国华陈兴西南交通大学电气工程学院成都610031

在工作于连续导电模式(Continuous Conduction Mode,CCM)的升压型单电感双输出(Single-Inductor Dual-Output,SIDO)变换器两路输出均为高电压的基础上,推导了各输出支路的电压增益表达式,以及升压型SIDO变换器可以实现低电压输出的理论... 详细信息

在工作于连续导电模式(Continuous Conduction Mode,CCM)的升压型单电感双输出(Single-Inductor Dual-Output,SIDO)变换器两路输出均为高电压的基础上,推导了各输出支路的电压增益表达式,以及升压型SIDO变换器可以实现低电压输出的理论条件。当输出低电压的支路不同时,分别分析了升压型SIDO变换器工作于CCM的稳态波形,相应的电感电流呈现出"升-降-升"或"升-升-降"的变化趋势。在一定条件下,举例说明了升压型SIDO变换器能够输出低电压的理论值为零。设计并实现了一个具有低电压输出的升压型SIDO变换器,降低了需要同时输出高电压和低电压的SIDO变换器的复杂性。实验结果证明了文中理论分析的正确性。

关键词：升压型变换器单电感双输出连续导电模式

动态参考电流控制三态Boost变换器的性能分析

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西南交通大学学报 2020年第2期55卷 435-441,458页

作者：周国华曾绍桓周述晗毛桂华西南交通大学电气工程学院四川成都611756 西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室四川成都611756

为了提高工作于伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)的三态Boost变换器的效率、负载范围和瞬态响应性能,研究了一种动态参考电流(dynamic reference current,DRC)控制策略.详细分析了DRC控制三态Boost变换器的工作... 详细信息

为了提高工作于伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)的三态Boost变换器的效率、负载范围和瞬态响应性能,研究了一种动态参考电流(dynamic reference current,DRC)控制策略.详细分析了DRC控制三态Boost变换器的工作原理,并比较了采用恒定参考电流(constant reference current,CRC)控制和DRC控制的三态Boost变换器的效率和负载瞬态响应性能,分别推导了它们的负载范围表达式,最后,通过实验对理论分析进行验证.研究结果表明:与CRC控制相比,DRC控制三态Boost变换器的轻载效率提高了14%;在全负载范围内均能工作于PCCM模式,负载范围宽;负载减轻和增加时,调节时间分别减少了37.5%和32.0%,电压超调量分别减小了69.7%和61.9%,瞬态响应性能好.

关键词：三态Boost变换器动态参考电流控制效率负载范围瞬态响应

电流型控制三态Boost变换器的小信号建模与负载瞬态特性分析

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电工技术学报 2019年第7期34卷 1468-1477页

作者：曾绍桓周国华周述晗毛桂华磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学电气工程学院成都611756

为了提高三态Boost变换器的负载瞬态响应速度,将电流型控制技术应用于三态Boost变换器。详细分析电流型控制三态Boost变换器的工作原理;在考虑负载电流变化对电路性能影响的基础上,分别建立电流型恒定参考电流(CRC)和电流型动态参考电流... 详细信息

为了提高三态Boost变换器的负载瞬态响应速度,将电流型控制技术应用于三态Boost变换器。详细分析电流型控制三态Boost变换器的工作原理;在考虑负载电流变化对电路性能影响的基础上,分别建立电流型恒定参考电流(CRC)和电流型动态参考电流(DRC)控制三态Boost变换器的完整小信号模型,推导两种控制方法的输出阻抗,并通过频域仿真验证小信号模型的正确性。对比分析两个输出阻抗的低频增益,结果表明:与电流型DRC控制相比,电流型CRC控制三态Boost变换器的输出阻抗低频增益更低,因此具有比电流型DRC控制三态Boost变换器更快的负载瞬态响应速度。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：三态Boost变换器电流型控制小信号建模负载瞬态响应

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V^2控制Cuk变换器建模与瞬态性能分析

电工技术学报 2021年第4期36卷 820-830页

作者：周国华谭伟周述晗王悦毛诗琴西南交通大学电气工程学院磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室成都611756 国网四川省电力公司广安供电公司广安638000

将具有快速瞬态响应的V^2控制技术应用于Cuk变换器,分析了V^2控制Cuk变换器工作于电感电流连续导电模式(CCM)的原理。利用时间平均等效建模方法,推导包含输出电容等效串联电阻(ESR)的CCM Cuk变换器主电路传递函数。在此基础上,建立V^2... 详细信息

将具有快速瞬态响应的V^2控制技术应用于Cuk变换器,分析了V^2控制Cuk变换器工作于电感电流连续导电模式(CCM)的原理。利用时间平均等效建模方法,推导包含输出电容等效串联电阻(ESR)的CCM Cuk变换器主电路传递函数。在此基础上,建立V^2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的精确小信号模型,详细推导控制-输出传递函数及输出阻抗,并从频域角度对比分析V^2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的瞬态特性。建立V^2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的时域仿真模型和实验电路,通过仿真和实验对比分析两种变换器的稳态和瞬态性能。研究结果表明:V^2控制与峰值电流控制CCM Cuk变换器具有相同的稳态性能;相比于峰值电流控制,V^2控制CCM Cuk变换器具有更快的负载响应速度。

关键词： V^2控制 Cuk变换器小信号模型瞬态性能

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电压型变频纹波控制单电感三输出开关变换器

中国电机工程学报 2021年第17期41卷 6003-6012页

作者：周述晗周国华贺明智刘雪山四川大学电气工程学院四川省成都市610065 西南交通大学电气工程学院四川省成都市611756

针对常用单电感多输出(Single-inductormultipleoutput,SIMO)开关变换器控制技术每个控制环路均需要补偿网络的问题,文中提出一种无补偿网络的连续导电模式(continuous conduction mode,CCM) SIMO Buck变换器电压型变频纹波控制技术。... 详细信息

针对常用单电感多输出(Single-inductormultipleoutput,SIMO)开关变换器控制技术每个控制环路均需要补偿网络的问题,文中提出一种无补偿网络的连续导电模式(continuous conduction mode,CCM) SIMO Buck变换器电压型变频纹波控制技术。以单电感三输出(single-inductor triple-output,SITO) Buck变换器为例,推导CCM SITO Buck变换器工作于不同开关时序的切换条件;根据主开关管和输出支路开关管的切换方程,建立电压型变频纹波控制CCM SITO Buck变换器的s域小信号模型,从频率的角度通过波德图对输出支路的交叉影响进行理论分析。最后,搭建相应的实验样机,通过实验对比分析负载电流跳变对其他支路输出电压的影响。研究结果表明:相比于现有的控制技术,提出的电压型变频纹波控制CCM SITO Buck变换器技术显著抑制了输出支路的交叉影响,且控制环路无补偿网络,设计简单。

关键词：单电感多输出连续导电模式变频控制技术交叉影响

电流型控制单电感双输出开关变换器稳定性与瞬态特性分析

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电工技术学报 2018年第6期33卷 1374-1381页

作者：周述晗周国华毛桂华张凯暾徐顺刚西南交通大学电气工程学院成都610031

提出一种单电感双输出(SIDO)开关变换器的电流型控制技术。以工作于连续导电模式(CCM)的SIDO Boost变换器为例,详细分析电流型控制CCM SIDO Boost变换器的工作原理、工作时序、系统稳定性,得到变换器稳定工作的条件。建立电流型控制CCM ... 详细信息

提出一种单电感双输出(SIDO)开关变换器的电流型控制技术。以工作于连续导电模式(CCM)的SIDO Boost变换器为例,详细分析电流型控制CCM SIDO Boost变换器的工作原理、工作时序、系统稳定性,得到变换器稳定工作的条件。建立电流型控制CCM SIDO Boost变换器的时域仿真模型,通过时域仿真分析变换器的稳态性能、瞬态性能、输出支路的交叉影响以及稳定性。研究结果表明:相比于传统的共模-差模电压型控制,电流型控制CCM SIDO Boost变换器可提高变换器的瞬态响应速度并抑制输出支路间的交叉影响;对于变换器存在的不稳定性问题,可以通过引入适当的斜坡补偿解决。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词：单电感双输出电流型控制斜坡补偿交叉影响