单周期控制Boost变换器中的低频波动现象分析

王发强; 张  浩; 马西奎

doi:10.7498/aps.57.1522

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单周期控制Boost变换器中的低频波动现象分析

王发强 , 张浩 , 马西奎

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单周期控制Boost变换器中的低频波动现象分析

王发强, 张浩, 马西奎

物理学报, 2008, 57(3): 1522-1528.

doi: 10.7498/aps.57.1522

Studied on low-frequency oscillation in the Boost converter with one cycle control

Wang Fa-Qiang, Zhang Hao, Ma Xi-Kui

Acta Phys. Sin., 2008, 57(3): 1522-1528.

doi: 10.7498/aps.57.1522

摘要
基于电感电流和输出电压的波动频率远低于变换器开关频率的假设，给出了连续导电模式(CCM)与不连续导电模式(DCM)的临界条件，建立了单周期控制器的S域模型，并分别导出了Boost变换器工作在CCM和DCM下的闭环输出-基准电压传递函数.研究结果表明，完全工作在DCM时，变换器处于稳定的周期1状态，而运行在CCM时，变换器将出现低频波动现象.此外，采用零极点分析方法给出了变换器低频波动的频率，并通过变换器拓扑结构的约束关系确定了系统低频波动的幅值.最后，Matlab数值仿真及电路实验验证了理论分析的结果.

关键词:
低频波动 /

单周期控制 /

Boost变换器 /

平均模型
Abstract
On the assumption that the frequencies of the inductor current and output voltage are much lower than the switching frequency of the converter, the critical condition between the discontinuous conduction mode (DCM) and the continuous conduction mode (CCM) is given, and the transfer function of the closed loop output to the reference voltage under DCM and CCM are derived respectively. The analytical results show that the DC-DC Boost converter can be stable in the state of period 1 in DCM, but it can not be stable in CCM, i.e., the low-frequency oscillation will occur. Further, the frequency of the low-frequency oscillation is calculated by using zero-pole analysis method, and the oscillation amplitude of the output voltage is calculated in terms of the topology of the circuit. Finally, the theoretical results are verified by numerical simulations and circuit experiments.

Keywords:
low-frequency oscillation /

one cycle control /

Boost converter /

average model
作者及机构信息
王发强,

张浩,

马西奎

1.
西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50607015)，高等学校博士学科点专项科研基金(批准号：20050698004)，陕西省自然科学基金(批准号：2006 E113)资助的课题.
Authors and contacts
Wang Fa-Qiang,

Zhang Hao,

Ma Xi-Kui

1.
西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
参考文献

施引文献

[1]	郑连清, 彭一. 电压型buck-boost变换器的混沌控制. 物理学报, 2016, 65(22): 220502. doi: 10.7498/aps.65.220502
[2]	王发强, 李晶, 马西奎. 电压控制正极性输出罗变换器的改进平均模型建模及稳定性分析. 物理学报, 2015, 64(21): 210506. doi: 10.7498/aps.64.210506
[3]	张方樱, 胡维, 陈新兵, 陈虹, 唐雄民. 基于状态关联性的Boost变换器混沌与反混沌控制. 物理学报, 2015, 64(4): 048401. doi: 10.7498/aps.64.048401
[4]	刘洪臣, 管恩慧, 王云, 赵丹, 周祺堃, 徐永向. 单周期控制三电平Boost功率因数校正变换器的慢尺度分岔分析. 物理学报, 2015, 64(4): 040502. doi: 10.7498/aps.64.040502
[5]	谭程, 梁志珊. 电感电流伪连续模式下Boost变换器的分数阶建模与分析. 物理学报, 2014, 63(7): 070502. doi: 10.7498/aps.63.070502
[6]	何圣仲, 周国华, 许建平, 吴松荣, 阎铁生, 张希. 谷值V2控制Boost变换器的精确建模与动力学分析. 物理学报, 2014, 63(17): 170503. doi: 10.7498/aps.63.170503
[7]	谭程, 梁志珊, 张举丘. 电感电流伪连续模式下分数阶Boost变换器的非线性控制. 物理学报, 2014, 63(20): 200502. doi: 10.7498/aps.63.200502
[8]	钟曙, 沙金, 许建平, 许丽君, 周国华. 脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象研究. 物理学报, 2014, 63(19): 198401. doi: 10.7498/aps.63.198401
[9]	杨平, 许建平, 何圣仲, 包伯成. 电流控制二次型Boost变换器的动力学研究. 物理学报, 2013, 62(16): 160501. doi: 10.7498/aps.62.160501
[10]	吴军科, 周雒维, 卢伟国. 电压型逆变器的通用分岔控制策略研究. 物理学报, 2012, 61(21): 210202. doi: 10.7498/aps.61.210202
[11]	谢玲玲, 龚仁喜, 卓浩泽, 马献花. 电压模式控制不连续传导模式boost变换器切分岔研究. 物理学报, 2012, 61(5): 058401. doi: 10.7498/aps.61.058401
[12]	王发强, 马西奎. 电感电流连续模式下Boost变换器的分数阶建模与仿真分析. 物理学报, 2011, 60(7): 070506. doi: 10.7498/aps.60.070506
[13]	程为彬, 康思民, 汪跃龙, 汤楠, 郭颖娜, 霍爱清. 功率因数校正Boost变换器中快时标不稳定的形成与参数动态共振. 物理学报, 2011, 60(2): 020506. doi: 10.7498/aps.60.020506
[14]	王金平, 许建平, 周国华, 米长宝, 秦明. 脉冲序列控制CCM Buck变换器低频波动现象分析. 物理学报, 2011, 60(4): 048402. doi: 10.7498/aps.60.048402
[15]	马伟, 王明渝, 聂海龙. 单周期控制Boost变换器Hopf分岔控制及电路实现. 物理学报, 2011, 60(10): 100202. doi: 10.7498/aps.60.100202
[16]	王发强, 张浩, 马西奎, 李秀明. 平均电流控制型Boost功率因数校正变换器中的中频振荡现象分析. 物理学报, 2009, 58(10): 6838-6844. doi: 10.7498/aps.58.6838
[17]	包伯成, 许建平, 刘中. 具有两个边界的Boost变换器分岔行为和斜坡补偿的镇定控制. 物理学报, 2009, 58(5): 2949-2956. doi: 10.7498/aps.58.2949
[18]	程为彬, 郭颖娜, 康思民, 汪跃龙, 霍爱清, 汤楠. Boost变换器中参数斜坡共振控制能力研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4439-4448. doi: 10.7498/aps.58.4439
[19]	卢伟国, 周雒维, 罗全明, 杜雄. BOOST变换器延迟反馈混沌控制及其优化. 物理学报, 2007, 56(11): 6275-6281. doi: 10.7498/aps.56.6275
[20]	周宇飞, 陈军宁, 谢智刚, 柯导明, 时龙兴, 孙伟锋. 参数共振微扰法在Boost变换器混沌控制中的实现及其优化. 物理学报, 2004, 53(11): 3676-3683. doi: 10.7498/aps.53.3676

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物理学报. 2008, 57(3): 1522-1528.

doi: 10.7498/aps.57.1522.

单周期控制Boost变换器中的低频波动现象分析

1. 西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50607015)，高等学校博士学科点专项科研基金(批准号：20050698004)，陕西省自然科学基金(批准号：2006 E113)资助的课题.

收稿日期: 2007-04-10
修回日期: 2007-06-18
刊出日期: 2008-03-20

摘要: 基于电感电流和输出电压的波动频率远低于变换器开关频率的假设，给出了连续导电模式(CCM)与不连续导电模式(DCM)的临界条件，建立了单周期控制器的S域模型，并分别导出了Boost变换器工作在CCM和DCM下的闭环输出-基准电压传递函数.研究结果表明，完全工作在DCM时，变换器处于稳定的周期1状态，而运行在CCM时，变换器将出现低频波动现象.此外，采用零极点分析方法给出了变换器低频波动的频率，并通过变换器拓扑结构的约束关系确定了系统低频波动的幅值.最后，Matlab数值仿真及电路实验验证了理论分析的结果.

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