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Cuk、Sepic DC-DC变换器是一类经典的、但实际应用较少的电力电子变换器,随着磁集成技术在电力电子技术应用的不断发展,Cuk、Sepic DC-DC变换器作为一类结构上最适合于磁集成的电路,有可能成为磁集成技术应用的一个新的研究热点。为此,从磁集成角度研究Cuk、Sepic DC-DC变换器具有较好的理论和实际意义。
本文首先分析了输入输出电感不同集成方式对Cuk、Sepic DC-DC变换器电流纹波的影响,研究表明正向耦合集成电感有助于减小电流纹波,反向耦合集成电感反而使电流纹波增大,当正向耦合集成电感满足一定的匹配条件时,磁集成型DC-DC变换器的输入或者输出电流纹波甚至可以减小为零,并且得到输入电流零纹波的条件n=K和输出电流零纹波的条件n=1/K。对磁集成型和电感分立DC-DC变换器在电流纹波相等条件下的磁件损耗进行比较,指出磁集成型DC-DC变换器的磁件损耗更小,效率也比电感分立DC-DC变换器有所提高。对磁集成型Cuk和Sepic变换器进行了小信号分析,得到控制-输出电压传递函数,指出基于bode图进行校正的传统方法不但难以得到性能良好的控制,而且由于小信号传递函数的阶数较高,根据特征方程的根判断闭环系统的稳定性也非常麻烦,以镇定系统为目标的方法在磁集成型Cuk和Sepic变换器控制系统的设计中具有优越性。
其次,针对小信号分析揭示的磁集成型DC-DC变换器控制设计的难点,引入以镇定系统为目标的李亚谱诺夫直接法,对磁集成型DC-DC变换器的控制问题进行研究。建立了条件n=K=1下磁集成型Cuk变换器降阶系统的小信号扰动方程,基于李亚谱诺夫函数推导出稳定的控制规律,应用本文提出的控制规律对磁集成型Cuk变换器进行实验研究,并且和PI控制进行了比较,仿真和实验结果均表明该控制规律不但能够保证磁集成型Cuk变换器闭环稳定运行,而且具有良好的暂态性能和抗负载扰动的能力。
最后,针对磁集成型Cuk和Sepic变换器的大信号平均模型,在克拉索夫斯基法构造能量函数的基础上,结合控制目标,提出一种改进的构造李亚谱诺夫函数的方法,基于Lyapunov方法推导出大信号稳定的控制律,对阻感负载和纯阻性负载的仿真结果均表明,本文提出的控制律使得磁集成型Cuk和Sepic变换器在大信号扰动时具有良好的瞬态响应和很强的抗干扰能力。