開關(guān)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)分析采用快速分析技術(shù)（最終篇）

06

二階系數(shù)

對于二階系數(shù)，我們將設(shè)置電容C2處于其高頻狀態(tài)（以短路代替它），同時(shí)我們將確定驅(qū)動(dòng)電感L1的阻抗。

圖17說明了這種方法。因?yàn)檩敵鲆駽2短路，節(jié)點(diǎn)a和c都處于相同的0V電勢。電路簡化為右側(cè)示意圖。

圖十七

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圖17：二階系數(shù)設(shè)置儲(chǔ)能元件之一處于其高頻狀態(tài)（C2），同時(shí)您可確定電感兩端的電阻。

我們可寫出描述VT電壓的第一個(gè)方程。觀察到a) IT和IC是相同的，b) VT = –V(c)，我們有

（34）

因式分解VT/IT，L1兩端的阻抗為

（35）

二階時(shí)間常數(shù)定義為

（36）

如果我們認(rèn)為Vout = MVin，b2系數(shù)表示為

（37）

合并我們確定的時(shí)間常數(shù)，得出分母D(s)

（38）

如果我們考慮一個(gè)低Q值的近似值，這二階分母可以近似由兩級(jí)聯(lián)極點(diǎn)定義為

（39）

（40）

和合并為

（41）

07

零點(diǎn)的確定

如上文所述，當(dāng)激勵(lì)源調(diào)至零角頻率sz,，變形電路的響應(yīng)為無信號(hào)輸出（見圖1）。該運(yùn)用現(xiàn)將包括將激勵(lì)源復(fù)原和確定無信號(hào)輸出的變形電路的條件。圖18所示為我們需要研究的更新電路。無信號(hào)輸出的有趣之處在于其傳播至其它節(jié)點(diǎn)。

例如，如果Vout = 0V，然后由于變壓器高邊連接，節(jié)點(diǎn)a也處于0 V，所有涉及該節(jié)點(diǎn)的表達(dá)式可以簡化為如圖所示。如果輸出無信號(hào)，則電流I1也為零，這意味著Ic=I3。

圖十八

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圖18：在s=sz的特定條件下，觀察變形的電路，無信號(hào)響應(yīng)。

節(jié)點(diǎn)c的電壓定義為

（42）

因此，電流Ic等于節(jié)點(diǎn)c的電壓除以L1的阻抗。

（43）

而電流等于

（44）

現(xiàn)將（43）代入（44），然后視Ic=I3：

（45）

求解s，將系數(shù)k的值換為它們在圖13中的值，重新整理，您會(huì)發(fā)現(xiàn)

（46）

這是個(gè)正的根源，因此為右半平面零點(diǎn)。通過收集所有的部分，發(fā)現(xiàn)極點(diǎn)和零點(diǎn)實(shí)際上是一個(gè)DCM buck-boost轉(zhuǎn)換器的極點(diǎn)和零點(diǎn)而得出完整的傳遞函數(shù)：

（47）

及

（48）

（49）

（50）

和

（51）

最后的檢查，我們可比較Mathcad和圖11大信號(hào)模型的SPICE仿真的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。如圖19所示，曲線完美重合。

圖十九

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圖19：Mathcad和SPICE提供完全相同的響應(yīng)（曲線完美疊加）。

另一個(gè)驗(yàn)證是由采用不同的平均模型(架構(gòu)如[11])仿真相同的SEPIC結(jié)構(gòu)構(gòu)建。這也是一個(gè)自動(dòng)切換的CCM-DCM模型，但走線方式稍有不同。圖20所示為兩種平均模型采用一個(gè)類似的SEPIC架構(gòu)。

圖二十

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圖20：CoPEC平均模型包括單獨(dú)的開關(guān)和二極管連接。

圖21證實(shí)了兩個(gè)交流響應(yīng)在相位和幅值上完全相同。

圖二十一

圖21：DCM PWM開關(guān)和CoPEC DCM模型提供相同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

08

總結(jié)

快速分析技術(shù)為推導(dǎo)線性電路傳遞函數(shù)提供了一種快速而高效的方法。在無源電路中，觀察是可能的，而且是經(jīng)常的，無需寫一行代數(shù)就能得到傳遞函數(shù)。隨著電路變得復(fù)雜和包括激勵(lì)源，您不得不采用經(jīng)典的KCL和KVL分析。但當(dāng)您確定分子和分母中個(gè)別的多項(xiàng)式因子時(shí)，很容易跟蹤錯(cuò)誤和只關(guān)注錯(cuò)誤項(xiàng)，如果有的話。在復(fù)雜的電路中，小草圖和SPICE的幫助是極有用的。

最后，最終結(jié)果以一種有意義的格式表示，并可直接識(shí)別出極點(diǎn)和零點(diǎn)位于何處。這是非常重要的，因?yàn)槟仨氈绬栴}隱藏在傳遞函數(shù)的何處。作為一個(gè)設(shè)計(jì)人員，您必須平衡它們，這樣自然的產(chǎn)生傳播或組件的變化不會(huì)危及您的系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性。