基于COT控制的四开关升降压变换器控制结构研究

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与DC-DC变换器传统的升降压变换器拓扑结构相比,四开关升降压拓扑结构因具有输入电压范围宽、无源器件少、电压应力低、输入输出极性相同的特点而成为通信电源、光伏发电和便携式电子设备等场合的绝佳电路之一。但传统的四开关升降压变换器拓扑结构也存在以下不足:1)四个开关管同时工作,存在开关损耗较大;2)控制结构复杂;3)负载瞬态响应和输入电压瞬态响应速度太慢。本文针对传统四开关升降压拓扑结构的不足,做出了以下改进:1)选择了电流模COT控制模式作为控制结构,提高了效率和瞬态响应,同时简化了环路补偿;2)利用描述函数法推导电流模COT Buck控制到输出的传递函数并设计了闭环控制器,使用MATLAB和SIMPLIS软件对建模的准确性进行了验证;接着,将COT Buck和COT Boost级联,模式平滑切换电路可以根据不同的输入输出之间的占空比关系,使四开关升降压变换器分别工作在Buck、Boost、Buck-Boost模式下,减少了开关损耗、降低了输出电压纹波,提高了瞬态响应;3)在COT控制结构的基础上,增加了最大最小占空比限制电路、软启动电路和补偿网络,达到了提高瞬态响应的目的并减小了电压纹波、保证了系统稳定性。使用SIMPLIS软件搭建了FSBB变换器的仿真模型。仿真结果表明:本文构建的COT FSBB结构能在6V~72V的宽输入电压范围内正常工作并获得稳定的输出。通过与传统四开关升降压变换器芯片LT8708的测试对比,本文研究的COT FSBB结构其电压纹波率从0.1%降低至0.06%,负载调整率从2.93%降低到2.37%,线性调整率从3.67%降低到1.24%,同时有较好的转换效率。
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