基于负载电流监测的开关DC-DC变换器多级离散频率控制技术研究

Aiming at the disadvantages of large output voltage ripple and nonworking at no-load in the bifrequency controlled switching DC-DC converters, discrete multifrequency control technique is proposed and studied based on load current monitoring to obtain superior control performance. The main contents are included as follows. (1) Studying the principle and realization of discrete multifrequency control technique, revealing its control laws and process mechanism, analyzing system stabilities, steady-state performances, transient performances, and comparing with bifrequency control technique. (2) Studying the corresponding selection rules between load current and control pulses with discrete frequencies, and the effect of rules on the control performances, then optimizing the selection rules based on that. (3) Studying the combination laws of control pulses in a repetition cycle, the diffusion mechanisms of the spectrums of switch signals and the efficiency optimization. Finally, in order to verify the feasibility and superiority of the proposed control technique, theoretical analysis results are verified by simulation and experimental results, followed by building the computer simulation models and developing the prototypes. The investigations will enrich the control methods of switching DC-DC converters, and provide feasible ideas for integrated circuit chip design of the controllers.

针对双频率控制开关DC-DC变换器存在的输出电压纹波大和无法空载工作的不足之处，提出并研究基于负载电流监测的开关DC-DC变换器多级离散频率控制技术，以获得更为优异的控制性能。本项目主要研究内容包括：（1）研究多级离散频率控制技术原理及其实现方式，揭示其控制规律和过程机理，分析系统稳定性、稳态性能和瞬态性能，并与双频率控制技术进行对比；（2）研究负载电流和多级离散频率控制脉冲之间对应的选取规则，以及该规则对变换器控制性能的影响，在此基础上优化选取规则；（3）研究循环周期内控制脉冲组合规律、开关信号频谱扩散机理和负载效率优化。最后，建立计算机仿真模型和研制实验样机，对理论分析进行仿真研究和实验验证，以证实所提控制技术的可行性和优越性。本项目研究将丰富开关DC-DC变换器控制方法，并为其控制器集成电路芯片设计提供可行思路。

双频率控制技术是近年来提出的一种新颖的开关DC-DC变换器控制方法，它具有控制简单、稳定性好、瞬态响应速度快、电磁干扰噪声小和轻载效率高等突出优点，但其存在输出电压纹波大和无法空载工作的不足。针对其不足，本项目提出并研究了基于负载电流监测的开关DC-DC变换器多级离散频率控制技术，获得了更为优异的控制性能，使其更具实用性。本项目的主要研究内容包含以下几个方面：（1）研究了多级离散频率控制技术原理及其实现方式，揭示了其控制规律，分析了系统稳定性、稳态性能和瞬态性能，并与双频率控制技术进行了详细对比；（2）研究了负载电流和多级离散频率控制脉冲之间对应的选取规则，以及选取规则对变换器控制性能的影响，在此基础上对选取规则进行了优化；（3）研究了循环周期内控制脉冲的组合规律、开关信号频谱的扩散机理和负载效率的优化。建立了计算机仿真模型和制作了实验样机，对理论分析进行了仿真研究和实验验证，证实了所提控制技术的可行性和优越性。本项目的研究成果丰富了开关DC-DC变换器的控制方法，并为其控制器集成电路设计提供了可行思路。