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开关电源平均电流模式控制的建模与参数设计

樊明，管磊
(中国船舶重工集团公司第七。四研究所，上海200031)

摘要：建立了一种简单实用降压型开关电源数学模型，用该模型确定平均电流模式控制
的系统参数和进行系统稳定性判断，在实践中证明了该模型的正确性，完全可以满足工程需要．
关键词：开关电源；PWM；平均电流模式；控制
中图分类号：TP17文献标识码：A文章编号：1005—8354(2007)04-0026-04

Modelbuildingofaveragecurrentmodecontrol
anddesignofparameterforswitchingpower

FANMing．GUANLei

(ShanghaiMarineEquipmentResearchInstitute，Shanghai200031，China)

Abstract：Thispaperbuildsupakindofsimpleandpracticalmathematicalmodelofvoltage—reduction—styled
switchingpower．Thismodelcouldbeusedtoascertainthesystemparametersofaveragecurrentmodecontrol
andju@ethestabilityofs~tem，andithasbeenprovedvalidinpracticeandcanmeettherequestofengineer—
ingcompletely．

Keywords：switchingsupply；PWM；averagecurrentmode；control

0引言开关电路建模以Buck型降压电路图1所示为例(其
开关电源的控制方式主要分成电压模式和电流他降压型电路拓扑如半桥、全桥也同样适用)，图中s
模式．电流模式又主要可以分成峰值电流模式和平均是开关器件，VD是续流二极管，L是滤波电感，C是
电流模式．由于平均电流模式具有高增益的电流放大滤波电容，R为负载电阻．该电路有两种工作状态，一
器、能精确地跟踪电流设定值、噪声抑制能力强、无须种为．s闭合状态，一种为S断开状态．
斜坡补偿、可应用在任意电路拓扑上等诸多优点而被
多数设计者所青睐．然而平均电流模式的参数设
计和系统的稳定性分析依赖于开关电源数学模型，目
前许多文献提供的数学模型往往过于复杂，很难应用
于工程实际，给设计带来一定难度．本文提出一种
较为简单实用的建模方法和数学处理，可以很方便地
进行电压环和电流环设计和化简，使分析系统的幅频图1Buck开关电源电路拓扑
特性和相频特性变得非常方便．
当开关导通时，电路的状态方程为
1降压型开关电源的数学模型戈：A1+BIU0≤t≤DTs(1)
开关电源主要采用负反馈控制，使输出电压或输开关关断时
出电流保持稳定，因此遵循控制系统的规律．降压型戈=A2+B2UDTs≤t≤(2)

收稿日期：2006-08-15
作者简介：樊明(1970．)，男，工程师，研究方向：电力电子与电源技术

26第四期2007年技术篇

上式中占空比D=T。／l。s，±(11)
：
其中，T。为开关导通时间，T为开关周期，x=(s)△
[iuu=[u|_，

：(12)
(s)△
A：A：：
I-二至11日=[_1_]日：=[：]其中，LCs2+告s+l=△
令式(1)乘以D，式(2)乘以(1一D)后相加得图l中的Buck电路的数学摸型就可由以上(9)

：A+DBu(3)
～(12)式来描述．
其中，A=A=A2，B=Bt
图l中U。=DU．，U。为平均输出电压，当输入电2开关电源各环节传递函数
压U、波动时控制电路通过开关占空比D来控制开关图2为平均电流模式控制示意图，外环为电压
电源来实现稳压，设电感L工作在连续模式下，此时环，内环为电流环．
D就是一个控制系统的输入量，计为d，U．可视为扰
动量，计为u．由于存在乘积项，即非线性量，所以需
要线性化处理．将状态方程(3)在工作点(x。，u。，d。)
泰勒展开，状态方程(3)计为文=F(x，u，d)，则

F(，u，d。)+OF(xo,uo,do)(
—
：=F(。，『上。，。)+一。)+
，、

xoU
OF(,o,do)(

————一
一_【U—一U。n)，+十

uo
OF(xo,,do)(d
一—
——丁do)+
图2平均电流模式控制示意图

由图2得出如图3所示的开关电源控制系统结
构框图．其中，R为电流反馈系数，K为电压反馈系
数．
在工作点(x。，u。，d。)附近，有A=0F／0x，B=OF／

；：A+日五+c(5)

s：／4(s)+日(s)+c(s)(6)
图3开关电源控制系