本章介绍了DC-DC变换器在CCM和DCM下的各种模型,分析了变换器的大信号动态电路、交流小信号等效电路。由于采用的建模方法不同,等效电路与原型的拓扑相近程度就不同,适用范围也有差别。为了得到与实际变换器更为接近的精确模型,在本章的1.3节和1.5节中分别以Buck变换器为例,考虑元器件寄生参数的情况下,利用三端开关器件模型法、时间平均等效电路法、以及能量守恒的基本思想,推导了非理想Buck变换器CCM和DCM下的精确模型,并讨论了连续导电模式与断续导电模式边界的确定问题。
精确模型的建模步骤[5]是:第1步,将非理想器件等效成理想器件与其寄生参数的串联,如非理想功率开关MOSFET等效成理想开关和导通电阻的串联;非理想二极管等效成理想二极管、正向压降、正向导通电阻的串联;非理想电感等效成理想电感和等效电阻的串联;非理想电容等效成理想电容和等效电阻的串联;第2步,利用能量守恒原理推出MOSFET导通电阻Ron、二极管正向压降UVD、正向导通电阻RVD在开关变换器大信号平均模型中的等效平均值;第3步,将理想开关由受控电压源和受控电流源进行替换,得到非理想PWM开关的等效平均电路模型,进而得到开关变换器的大信号平均模型;第4步,利用能量守恒原理,将寄生参数折算到电感支路中,推出简化的开关变换器大信号平均模型;第5步,基于大信号平均模型,推导出直流等效电路模型和交流小信号等效电路模型,得出相应特性的传递函数,进行稳态和动态特性分析。这里介绍的精确模型的建模方法虽然是以Buck变换器为例,但这种建模方法同样适用于对其他非理想变换器的建模,如非理想Boost和非理想Buck-Boost变换器。本书参考文献[5]用上述方法对非理想Boost和非理想Buck-Boost变换器建立了精确的模型,感兴趣的读者可查阅。运用上述建模方法对非理想变换器建立的精确模型直观、应用方便、实验证明了该模型的正确,具有实用性。
本章在1.6节中给出了调制器的模型。为便于读者了解各种建模方法的特点和适用范围,表1-10、表1-11、表1-12分别列出了各种建模方法的对比。
表1-10 CCM型变换器各种建模方法比较
表1-11 CCM型DCM型变换器建模方法比较(www.daowen.com)
表1-12 各种建模方法在CCM/DCM下的比较
① Re(d1):无损电阻,其定义见本书4.2.1节。
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