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。
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.输出电压对输入电压的传递函数
式(1-100)是二阶系统,可化简为标准二阶系统,则有
将式(1-100)与式(1-101)右边各项对应后,则有
放大倍数:
转角频率:
阻尼比:
品质因数:
零点角频率:
2.输出电压对控制变量的传递函数
化成标准式为
将式(1-102)和式(1-103)右边各项对应后,则有
放大倍数:
3.开环输入阻抗Z(s)
令,则
化成标准形式,则有
将式(1-104)和式(1-105)右边各项对应后,有
放大倍数:
极点角频率:
4.开环输出阻抗Zout(s)
令,则
化成标准式:
将式(1-106)和式(1-107)右边各项对应,则
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:
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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:
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:
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
根据表1-4中的参数,可以求得实际实验数据如下:
RE=DRon+(1-D)RVD+RL=0.526×0.025+(1-0.526)×0.137+0.013Ω=0.013+0.065+0.013Ω=0.091Ω
再根据表1-4中的参数,可以求得理想情况数据:
RE=0Ω
K1=D=0.5
ωz0=0
K2=Ug=22.6
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。
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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