2008年--外文翻译--输入滤波器的相互作用在级联buck变换器中的分析（译文）

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1、中文 4300 字 出处： Iftikhar M U, Bilal A, Sadarnac D, et al. Analysis of input Filter Interactions in cascade buck convertsC/ IEEE International Conference on Industrial Technology. 2008:1-6. 输入滤波器的相互作用在级联 buck 变换器中的分析 MU Iftikhar， A Bilal， D Sadarnac， P Lefranc， C Karimi 摘要 开关模式中 DC/DC 转换器 的 许多 应用需要高转换率

2、（inout VV /），因此鼓励使用 n 级 级联系统。但是，如果将输入滤波器加在现已存在的级联转换器的“黑匣子” 中，就会由于转换器负 的动态输入电阻特性引起系统不稳定和效果不佳。在此设计中，我们研究 了 输入滤波器在 级联 buck 转换器中的相互作用 。这个问题是这样解决的，通过在变换器中使用一个小信号平均模型，其 中电路中元件的自然寄生电阻也会考虑在内。在系统开环传递函数的基础上，提出了输入滤波 器阻尼大小的设计标准， 来确保滤波转换系统的稳定性，使之 不高于或不低于此滤波器的工作指标。这篇文章的理论结果被实验论证。 关键词 输入滤波器的相互作用，级联 DC/DC 转换器，控制回路

3、稳定性，小信号平均模型。 I 简介 低电压和高电流应用中高转换率的需要，导致了级联转换器的发展。 较高的转换比率尤其在现代大型计算机、航空和电信设备中 需要，这里输入的总线 电压（通常 48V）必须在负载转换器的帮助下降低到很低的水平。一种满足这个要求的可能解决方案是使用带有变压器（孤立变换器） 的 DC-DC 转换器 。但是，变压器的使用会导致 大的开关 浪涌，可能会损坏开关装置。此外， 变压器的使用限制了变换器的开关频率。一种 实现大的 直流 转换功率的 替代 方法是变换器的级联。 该方案主要采用由 n级基本转换器组成的多级级联系统。 通常，为了满足 EMI/EMC 的要求，应该在 DC/

4、DC 转换器的输入端 使用 一个 EMI 滤波器 。但是，一个可能精心设计的滤波器，当和一个开关变换器连接时，在最糟糕的情况下，会连接它的反馈控制回路，从而导致系统不稳定。 这种相互作用 最初是由米德尔布鲁克在 1970 年提出，用来解释一个独立的变换器，同时 提出 对这个问题的修正方案 。为了研究 相互关联 子 系 统中稳 定性的问题，以前出版的分析大多数都是基于最小环增益，被定义为输入 子系统的输出阻抗和负载子系统的输入阻抗的比率。此外，广泛的研究和讨论已经在带纯阻性负载的滤波转换器相互作用中展开；然而，负载是活跃的 的或者另一种相似的转换器这些情况并没有引起大的关注。 在这篇论文中，我们

5、 使用了完整系统的开环控制 到 输出的传递函数 来分析带有另外buck 转换器的 buck 转换器的输入滤波器的相互作用。它表明 ， 该 级联系统闭环稳定性可通过削弱 输入滤波器的动态特性来保证。在这个设计中，级联 buck 转换器的稳定性 情况，是通过可定量分析 的 所需要的阻尼值 的上下限来 获得的。一个经典 的 PWM 电压模型控制被用于级联转换器中。其中，每一级都有相同的频率 ，开关控制也是同步的。这种控制方法同样适用于低电压和高电流的应用中。 本文以下部分 设计如下：在接下来的 部分中，首先一个广义 的小信号线性模型在 基于平均模拟技术 n 级 buck 级联系统中提出， 它的开环传

6、递函数随之产生。 转换器 的滤波器的传递函数的极点效应在第 III 部分中分析，稳定性的情况分析在接下来的部分中会提到。最后，实验结果将会在第 V 分中得出 。 II 级联 buck 转换器的建模 一个带有 LC 输入滤波器的由 n 个 基 本 buck 转换电路组成的级联系统的简化原理图如图 1 所示： 图 1 带输入滤波器的 n 级 buck 转换器级联系统 A：非线性模型 图 1所示的 n个 buck 转换电路组成的级联系统 中 ， 一个连续低频的模型是通过对各个状态写状态方程得到的，这些状态是从它的平均电路模型获得的。将以下面的形式写出 ： 这里， ，这个状态矢量的长度是 2（ n+1）， ) ( t e 是输入电压 E， )(ty 是输出电压0v， n 是级联数， )(uA 是2 )1( n )1(2 n 型的矩阵， )(uB 和 )(uC 都是长度为 2（ n+1） 的矢量，它们的表示如下式： 这里 ，ku是第 k 级 占空比， )(uD 的 值为零。在上述表 示kr是等效损耗电阻的第 k 级 ，这里