理论教育 交流小信号等效电路分析方法

交流小信号等效电路分析方法

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:如图1-32所示为已建立的非理想Buck变换器在CCM下的交流小信号等效电路。图1-33 非理想Buck变换器在CCM下交流小信号s域等效电路根据图1-33可以导出非理想Buck变换器在CCM下的传递函数。如果令Ron=0、UVD=0、RVD=0、RL=0、RC=0,则式、式、式和式分别为:式即为理想Buck变换器在CCM下的动态小信号特性,与用其他方法推导的结果完全一致。图1-34b中的曲线是实测曲线。图1-34 Buck变换器控制——输出频率特性曲线a)仿真曲线 b)实测曲线1—精确模型仿真 2—理想模型仿真

交流小信号等效电路分析方法

如图1-32所示为已建立的非理想Buck变换器在CCM下的交流小信号等效电路。为了进一步定量分析非理想Buck变换器的低频动态特性,可根据图1-32来建立非理想Buck变换器的交流小信号s域等效电路模型,如图1-33所示。

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图1-33 非理想Buck变换器在CCM下交流小信号s域等效电路

根据图1-33可以导出非理想Buck变换器在CCM下的传递函数(设暂不考虑滤波电容的等效电感LC,否则传递函数为三阶)。

1.输出电压978-7-111-28688-2-Chapter01-152.jpg对输入电压978-7-111-28688-2-Chapter01-153.jpg的传递函数

978-7-111-28688-2-Chapter01-154.jpg

式(1-100)是二阶系统,可化简为标准二阶系统,则有

978-7-111-28688-2-Chapter01-155.jpg

将式(1-100)与式(1-101)右边各项对应后,则有

放大倍数:978-7-111-28688-2-Chapter01-156.jpg

角频率978-7-111-28688-2-Chapter01-157.jpg

阻尼比:978-7-111-28688-2-Chapter01-158.jpg

品质因数978-7-111-28688-2-Chapter01-159.jpg

零点角频率:978-7-111-28688-2-Chapter01-160.jpg

2.输出电压978-7-111-28688-2-Chapter01-161.jpg控制变量978-7-111-28688-2-Chapter01-162.jpg的传递函数

978-7-111-28688-2-Chapter01-163.jpg

化成标准式为

978-7-111-28688-2-Chapter01-164.jpg

将式(1-102)和式(1-103)右边各项对应后,则有

放大倍数:978-7-111-28688-2-Chapter01-165.jpg

3.开环输入阻抗Zs

978-7-111-28688-2-Chapter01-166.jpg,则

978-7-111-28688-2-Chapter01-167.jpg

化成标准形式,则有

978-7-111-28688-2-Chapter01-168.jpg

将式(1-104)和式(1-105)右边各项对应后,有

放大倍数:978-7-111-28688-2-Chapter01-169.jpg

极点角频率:978-7-111-28688-2-Chapter01-170.jpg

4.开环输出阻抗Zouts

978-7-111-28688-2-Chapter01-171.jpg,则

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化成标准式:

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将式(1-106)和式(1-107)右边各项对应,则

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讨论:(1)当s=0时,由式(1-100)、式(1-102)、式(1-104)和式(1-106)分别推出:

978-7-111-28688-2-Chapter01-176.jpg(www.daowen.com)

它们分别是交流小信号特性的低频渐近线,且由式(1-108)可知这些低频渐近线均与电感支路的等效总电阻RE大小有关;

(2)当s→∞时,由式(1-100)、式(1-102)、式(1-104)和式(1-106)分别推出:

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它们分别是交流小信号特性的高频渐近线。

如果令Ron=0、UVD=0、RVD=0、RL=0、RC=0,则式(1-100)、式(1-102)、式(1-104)和式(1-106)分别为:

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式(1-110)即为理想Buck变换器在CCM下的动态小信号特性,与用其他方法推导的结果完全一致。

举例:

表1-4 CCM下负载为5.2ΩBuck变换器电路实验数据表

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根据表1-4中的参数,可以求得实际实验数据如下:

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RE=DRon+(1-DRVD+RL=0.526×0.025+(1-0.526)×0.137+0.013Ω=0.013+0.065+0.013Ω=0.091Ω

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再根据表1-4中的参数,可以求得理想情况数据:

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RE=0Ω

K1=D=0.5

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ωz0=0

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K2=Ug=22.6

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Buck变换器控制-输出频率特性如图1-34所示。图1-34a中的曲线1是非理想模型的仿真曲线;曲线2是理想模型的仿真曲线。图1-34b中的曲线是实测曲线。可见,非理想模型因考虑了变换器的寄生参数,更接近实际模型。

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图1-34 Buck变换器控制——输出频率特性曲线

a)仿真曲线 b)实测曲线

1—精确模型仿真 2—理想模型仿真

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