自適應(yīng)電壓定位控制策略

1、電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告一種混合式自適應(yīng)電壓定位控制策略及12V電壓調(diào)節(jié)模塊拓?fù)?院 系： 信息工程學(xué)院 班 級(jí)： 11級(jí)自動(dòng)化3班 姓 名： 李俊燁 學(xué) 號(hào)： 2011551833 指導(dǎo)老師： 譚平安 日 期： 2014年4月 目錄序言······························

2、83;····················(3)一 混合式自適應(yīng)電壓拓?fù)湓?#183;·························

3、3;·(3)二 電感設(shè)計(jì)············································（8）三 仿真設(shè)計(jì)·

4、3;··········································(9)四 心得與體會(huì)······

5、····································(11)五 參考文獻(xiàn)············&#

6、183;·······························(11) 序言微處理器（CPU）的飛速發(fā)展，使得其對(duì)供電電源、電壓調(diào)節(jié)模塊（Voltage Regulator Module，VRM）的要求也越來(lái)越高。VRM 的一個(gè)重要問(wèn)題就是負(fù)載跳變時(shí)的輸出電壓調(diào)整，為了降低負(fù)載跳變

7、時(shí)的輸出電壓過(guò)沖或跌落，傳統(tǒng)的增加輸出濾波電容方法不僅會(huì)提升成本，而且降低功率密度。為改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)而不增加額外的輸出電容，許多控制方法及電路結(jié)構(gòu)被提出，本文課程設(shè)計(jì)提出了一種基于較大電感的混合式 AVP控制策略及其拓?fù)?，結(jié)合非線性控制方法，解決了 VRM 中效率和瞬態(tài)響應(yīng)不能兼顧的問(wèn)題，在不影響瞬態(tài)響應(yīng)性能的前提下，大大提高電路的穩(wěn)態(tài)效率。一、混合式自適應(yīng)電壓拓?fù)湓?. 混合式自適應(yīng)電壓定位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用兩相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)，相對(duì)傳統(tǒng)的兩相交錯(cuò) VRM，該拓?fù)湟肓艘粋€(gè)二極管 VD1，MOS 管 Sa以及一個(gè)輔助電感 Ls；在傳統(tǒng)的 AVP 控制基礎(chǔ)上結(jié)合非線性控制策略，可以獲得高的穩(wěn)態(tài)效率和良好

8、的瞬態(tài)響應(yīng)。2. 過(guò)程分析 在 t0之前，無(wú)論是穩(wěn)態(tài)還是負(fù)載 step up 時(shí)，Vo始終保持在 AVP 的窗口范圍之內(nèi)，因此，系統(tǒng)工作在傳統(tǒng)的兩相交錯(cuò)同步整流模式下，非線性控制電路不工作，等效電路如圖 4a 所示，此時(shí)，Ls作為輔助電感，起到輔助抑制電流紋波的作用，每相電流紋波滿足如下 在 t0時(shí)刻，比較器檢測(cè)到 Vo高于上限 VH，輔 助開(kāi)關(guān)管 Sa開(kāi)通，Ls中的電流在 Vo的作用下下降，變化斜率如下式所示在 t1時(shí)刻，輔助電感 Ls中的電流降到零，并且在 Vo的作用下反向，電流變化斜率式同t0時(shí)刻，此時(shí)，輸出電容通過(guò) Ls和 Sa放電，輸出電壓 Vo下降在 t2時(shí)刻，比較器檢測(cè)到 Vo低

9、于上限 VH，Sa關(guān)斷，L1、L2以及 Ls中的電流均通過(guò)二極管 VD1反饋到電源端，直到 t3。電流變化斜率分別為在 t3時(shí)刻，輔助電感 Ls中的反向電流降到零，由于 Va仍被鉗位在 VinVD1，因此輔助電感電流再次正向上升，直到 t4時(shí)刻比較器再次檢測(cè)到 Vo超過(guò)電壓上限 VH。如此循環(huán)使得相電感中的能量反饋到電源并將 Vo電壓控制在窗口限制中。 3. 各時(shí)刻等效電路圖 T0以前 T0時(shí)刻T1時(shí)刻 T2時(shí)刻T3時(shí)刻3. 混合式AVP控制策略為了保證 VRM在采用大電感之后的瞬態(tài)響應(yīng)，采用了混合式 AVP 控制方法，即傳統(tǒng)的 AVP 控制與非線性控制的結(jié)合。在 Vo不高于 VH時(shí)傳統(tǒng)的 A

10、VP控制策略工作，在 Vo高于 VH時(shí)采用非線性控制。該拓采用的非線性控制則僅由一個(gè)比較器和兩個(gè)邏輯門組成，且無(wú)需輔助管上管的自舉措施，控制簡(jiǎn)單，所需原件少，如圖 7 所示。當(dāng) Vo低于VH之時(shí)，Comp 輸出低電平，輔助管 Sa關(guān)斷，與非門輸出高，PWM 輸出由線性系統(tǒng)控制。而在負(fù)載下跳時(shí)，當(dāng) Vo高于 VH之時(shí)，Comp 端輸出高電平，Sa開(kāi)通，主開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖，使輸出電壓迅速回落到 AVP 窗口電壓范圍之內(nèi)。當(dāng)檢測(cè)的 Vo小于 VH時(shí)，輔助管再次關(guān)斷。通過(guò)簡(jiǎn)單的組合即實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的線性非線性混合控制。3、 電感設(shè)計(jì)主電感及輔助電感設(shè)計(jì) 按照臨界電感設(shè)計(jì)方法，在負(fù)載 step

11、up 和step down 時(shí)，由于占空比飽和裕量的不同，所計(jì)算出來(lái)的臨界電感值是不同的，在電流型模式中，兩個(gè)臨界電感值分別為 為了在兩個(gè)瞬態(tài)過(guò)程中都能避免占空比飽和的問(wèn)題，實(shí)際的電感取值必須小于兩者中的最小值，而對(duì)于 12V 或更高輸入電壓的 VRM，由于占空比較小，兩個(gè)臨界電感值之間相差較大，對(duì)于一個(gè) 12V-1.6V的VRM，step up時(shí)的臨界電感值Lci_step_up為step down時(shí)電感值Lci_step_down的6.5倍，取較小的電感值對(duì)VRM的穩(wěn)態(tài)效率產(chǎn)生了較大的影響。因此，本文提出的混合式 AVP 控制方法中，放棄 AVP 對(duì) step down 時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)的直接控

12、制，而將主電感設(shè)在幾倍于 Lci_step_down，同時(shí)小于 Lci_step_up，將會(huì)有可觀的效率提升空間，并且不影響負(fù)載 step up 時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)。 輔助電感非線性控制對(duì)電壓尖刺的抑制效果越好。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于控制邏輯、驅(qū)動(dòng)信號(hào)、器件通斷等因素的延時(shí)，過(guò)小的 Ls會(huì)造成輸出電壓振蕩甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，按照下式計(jì)算的 Ls可以滿足瞬態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)穩(wěn)定性的需求。 三 仿真設(shè)計(jì)1. 利用Matlab中的simulink對(duì)該拓?fù)溥M(jìn)行仿真。 仿真圖VRM模塊2. 仿真波形上圖為電壓 下圖為電流 由仿真圖可知電壓上升到峰值后變的平穩(wěn)，有效調(diào)節(jié)了電壓。 4、 心得與體會(huì) 本次實(shí)驗(yàn)讓我們以親身實(shí)踐的方法去運(yùn)用電力電子技術(shù)方面的知識(shí)，很好地將書(shū)本的理論知識(shí)和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，很少觸及Simulink的我們，開(kāi)始慢慢熟練使用這一強(qiáng)大的仿真工具，從無(wú)到有，這正是學(xué)習(xí)的過(guò)程，也是我們從一無(wú)所知到有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過(guò)程。文章中所提到的ISL6560及ADP3418這兩塊芯片由于在simulink中找不到相應(yīng)的模塊，使設(shè)計(jì)在一開(kāi)始就陷入了麻煩。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想。盡管遇到了上述