[发明专利]一种同步整流Buck电路小信号建模方法

说明书

本发明公开了同步整流Buck电路小信号建模方法，对建立的大信号等效电路进行线性化，结合数学模型建立小信号模型，从而得到了考虑PWM影响的Buck电路的控制‑输出的小信号模型。在此基础上考虑数字控制环路的控制延迟t_cntrl和调制延迟t_DPWM，进一步公开了Buck电路的z域小信号模型。本发明对等效电路进行线性化，并结合数学模型对其进行小信号特性进行讨论，能得到考虑PWM影响的Buck电路的控制‑输出的小信号模型。本发明在考虑数字控制环路的控制延迟t_cntrl和调制延迟t_DPWM的基础上，可以从等效电路得到Buck电路的z域小信号模型。从而为PWM调制方式的数字控制方式同步整流Buck电路的控制和稳定性分析等相关研究工作提供了新的思路。

技术领域

本发明属于电路建模领域，涉及一种同步整流Buck电路小信号建模方法。

背景技术

随着数字处理技术的不断发展和成熟，其优越性日益凸显。数字控制不会受到电路元器件老化的影响，而且在环境和温度改变时抗干扰能力更强；更重要的是，数字控制技术以灵活的软件编程方式实现复杂的非线性控制策略，从而使开关电源更加趋于智能和通用。但同时，由于受到软件本身的延迟控制特性，会使得数字控制系统呈现出和模拟控制系统不同的非线性动力学行为。

状态空间平均模型是目前应用最广的DC-DC电路建模方法。它在忽略高频开关纹波后可以建立系统的平均等效电路，直观且便于分析。然而，原始的状态平均模型不仅忽略了开关时序对电路的影响，而且无法反映环路的控制和调制延迟。

对于数字控制系统，离散映射模型逐渐成为其主要的建模方法，它对电路的描述更加切合实际特性，也更为精确。但是，离散模型的推导过程非常复杂，涉及大量的矩阵函数和积分运算，对于模型的分析通常依赖于数值计算；且没有相应的等效电路，物理意义不够明确，不利于工程应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明的技术方案为同步整流Buck电路小信号建模方法，在考虑数字控制环路的控制延迟t_cntrl和调制延迟t_DPWM的基础上，可以从等效电路得到Buck电路的z域小信号模型。从而为PWM调制方式的数字控制方式同步整流Buck电路的控制和稳定性分析等相关研究工作提供了新的思路。

包括以下步骤：

S10，根据同步整流Buck电路的工作原理，用状态方程和输出方程来描述一周期内两个开关状态；

S20，考虑PWM调制方式的同步整流Buck变换器建模；

S30，推导离散迭代模型对应的大信号等效电路；

S40，线性化大信号等效电路得到s域小信号模型；

S50，基于数字控制特性构建z域小信号模型。

优选地，所述根据同步整流Buck电路的工作原理，用状态方程和输出方程来描述一周期内两个开关状态，包括：

根据同步Buck电路的开关管开通顺序不同，将两个开关状态分别定义为开关状态I和开关状态II；两个开关状态均用以下连续状态方程和输出方程进行描述：