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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2开关变换器的动态建模3

1.3互联系统的动态分析4

1.4规范等效电路5

1.5基于负载响应的动态特性分析7

1.6内容概括9

第2章 动态分析与控制动力学基础15

2.1引言15

2.2开环动态特性15

2.2.1状态空间16

2.2.2二端口模型18

2.2.3控制框图19

2.3闭环动态特性20

2.3.1电压输出型变换器21

2.3.2电流输出型变换器23

2.4负载和电源影响24

2.4.1电压输出型变换器25

2.4.2电流输出型变换器26

2.5 LC电路举例28

2.5.1电压输出型电路28

2.5.2电流输出型电路30

2.6基本的数学工具回顾32

2.6.1线性化32

2.6.2传递函数33

2.6.2.1单零点33

2.6.2.2单极点34

2.6.2.3二阶传递函数34

2.6.2.4举例36

2.6.3稳定性和性能38

2.6.3.1稳定性38

2.6.3.2与环路增益有关的动态指标40

2.6.3.3右半平面零点和极点42

2.6.4矩阵代数42

2.6.4.1矩阵加法44

2.6.4.2矩阵乘以一个标量45

2.6.4.3矩阵乘法45

2.6.4.4矩阵的行列式45

2.6.4.5矩阵的逆46

2.7变换器的工作模式和控制模式46

第3章 直接导通时间控制开关变换器的平均和小信号建模51

3.1引言51

3.2直接导通时间控制52

3.3通用建模方法54

3.3.1 Buck变换器55

3.3.2 Boost变换器57

3.3.3 Buck-Boost变换器58

3.4恒频CCM工作模式60

3.4.1同步Buck变换器61

3.4.2 Buck、Boost和Buck-Boost变换器的动态描述65

3.4.2.1二极管开关Buck变换器（见图3.6a）65

3.4.2.2二极管开关Boost变换器（见图3.8a）67

3.4.2.3同步开关Boost变换器（见图3.8b）68

3.4.2.4二极管开关Buck-Boost变换器（见图3.10a）69

3.4.2.5同步开关Buck-Boost变换器（见图3.10b）70

3.4.3稳态和小信号等效电路71

3.5恒频DCM工作模式74

3.5.1 Buck变换器75

3.5.2 Boost和Buck-Boost变换器的动态模型80

3.5.2.1 Boost变换器（见图3.8a）80

3.5.2.2 Buck-Boost变换器（见图3.10a）82

3.6动态特性83

3.6.1 Buck变换器83

3.6.1.1控制-输出传递函数84

3.6.1.2输出阻抗87

3.6.1.3输入-输出传递函数88

3.6.1.4输入导纳90

3.6.1.5理想输入导纳91

3.6.1.6短路输入导纳92

3.6.2 Boost变换器94

3.6.2.1控制-输出传递函数94

3.6.2.2输出阻抗96

3.6.2.3输入-输出传递函数97

3.6.2.4输入导纳98

3.6.2.5理想输入导纳101

3.6.2.6短路输入导纳102

第4章 峰值电流控制的平均和小信号模型106

4.1引言106

4.2峰值电流控制原理106

4.3 CCM模型108

4.3.1 Buck、Boost和Buck-Boost变换器占空比约束关系110

4.3.1.1 Buck变换器110

4.3.1.2 Boost变换器110

4.3.1.3 Buck-Boost变换器112

4.3.1.4 CCM基本传递函数113

4.3.2基本变换器的特殊传递函数114

4.3.2.1 Buck变换器115

4.3.2.2 Boost变换器116

4.3.2.3 Buck-Boost变换器118

4.3.3 CCM模式界限的起因与影响119

4.4 DCM模型121

4.4.1基本变换器的占空比约束关系123

4.4.1.1 Buck变换器123

4.4.1.2 Boost变换器123

4.4.1.3 Buck-Boost变换器124

4.4.2 PCMC变换器的小信号状态空间模型124

4.4.3 DCM模式界限的起因与影响126

4.5动态特性127

4.5.1 Buck变换器128

4.5.1.1控制-输出传递函数129

4.5.1.2输出阻抗131

4.5.1.3输入-输出传递函数132

4.5.1.4输入导纳134

4.5.1.5理想输入导纳135

4.5.1.6短路输入导纳135

4.5.2 Boost变换器137

4.5.2.1控制-输出传递函数138

4.5.2.2输出阻抗140

4.5.2.3输入-输出传递函数142

4.5.2.4输入导纳143

4.5.2.5理想输入导纳144

4.5.2.6短路输入导纳144

第5章 平均电流模式控制的平均和小信号模型148

5.1引言148

5.2 ACM控制原理148

5.3全纹波电流反馈建模150

5.4 ACM控制动态特性综述153

5.4.1控制-输出传递函数153

5.4.2输出阻抗156

5.4.3输入-输出传递函数158

5.4.4输入导纳160

5.5电流环高频极点的影响161

第6章 自激振荡控制的平均小信号模型166

6.1引言166

6.2自激振荡建模166

6.2.1平均直接导通时间模型167

6.2.2直接导通时间控制的小信号模型169

6.2.3 PCM控制的小信号模型170

6.3动态特性173

6.3.1 Buck变换器173

6.3.1.1控制-输出传递函数174

6.3.1.2输出阻抗174

6.3.1.3输入-输出传递函数176

6.3.1.4输入导纳176

6.3.2反激变换器176

6.3.2.1控制-输出传递函数177

6.3.2.2输出阻抗179

6.3.2.3输入-输出传递函数181

6.3.2.4输入导纳181

6.3.2.5理想导纳和短路导纳182

第7章 电流输出变换器的动态建模和分析185

7.1引言185

7.2电流输出型变换器的动态模型186

7.2.1改进的状态空间平均法186

7.2.2通用动态模型188

7.3负载与电源的相互作用189

7.4级联电压-电流环191

7.5动态特性191

第8章 互联系统197

8.1引言197

8.2互联理论198

8.2.1负载和电源的相互影响199

8.2.2内部稳定性和输入-输出稳定性201

8.2.3输出电压远端检测技术203

8.2.4输入EMI滤波器205

8.3减小交互影响的方法206

8.3.1输入电压前馈207

8.3.2输出电流前馈208

8.4动态特性实验209

8.4.1负载和电源间的相互影响211

8.4.2远端检测216

8.4.3系统稳态性221

第9章 控制设计问题227

9.1引言227

9.2反馈回路设计限制230

9.2.1相位和增益裕量231

9.2.2右半平面零点和极点231

9.2.3最大和最小环路交越频率233

9.2.4运算放大器的内部增益234

9.3控制器实现234

9.4光耦隔离237

9.5基于稳压器的控制系统237

9.5.1动态模型237

9.5.2双环控制系统243

9.6简单控制设计方法245

9.6.1控制设计实例：VMC Buck变换器247

9.6.2控制设计实例：PCMC Buck变换器251

9.6.3控制设计实例：VMC Boost变换器255

9.6.4控制设计实例：PCMC Boost变换器258

9.7结论261

第10章 四阶变换器-Superbuck266

10.1引言266

10.2基本动态特性267

10.2.1平均模型269

10.2.1.1平均状态空间269

10.2.1.2稳态工作点270

10.2.1.3临界导电模式270

10.2.2小信号模型270

10.2.2.1小信号状态空间270

10.2.2.2传递函数271

10.2.3右半平面极点273

10.2.4设计考虑275

10.3耦合电感Superbuck276

10.3.1小信号模型277

10.3.2右半平面极点279

10.3.3减小输入电流纹波280

10.3.4设计考虑282

10.4 PCM控制Superbuck283

10.4.1小信号模型283

10.4.2设计考虑287

10.4.2.1电感电流反馈补偿287

10.4.2.2避免右半平面极点的方法287

10.5耦合电感PCM控制Superbuck288

10.5.1小信号模型288

10.5.2设计考虑292

10.6动态特性分析293

10.6.1 Superbuck Ⅰ：15～20V/10V/2.5A295

10.6.2 Superbuck Ⅱ：6～9V/3.4V/12A300

10.7小结303