[论文解读] A Closed-loop controller to improve the Stability of Cascaded DC/DC Converters

Maziar Isapour Chehardeh, Ehsan M. Siavashi|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2018

Advanced DC-DC Converters参考文献 11被引用 3

一句话总结

本文提出一种闭环控制器，通过分析小信号动态特性并设计一种可稳定系统阻抗和电压增益的控制器，以增强级联式DC/DC转换器的稳定性。该方法利用数学建模与仿真，展示了在典型降压转换器配置下，瞬态响应和鲁棒性得到改善。

ABSTRACT

Study of the buck converter and cascaded system considering the voltage mode controller has been done. First the small signal analysis of a buck dc/dc converter is presented and its mathematical representation has been showed. Then, the cascaded converter model regarding close loop impedances and voltage gain has been studied. The controller for this converter is proposed to stabilize the performance of the plant. The effectiveness of the proposed controller has been tested on a typical buck converter.

研究动机与目标

• 解决由于转换器之间相互作用导致的级联式DC/DC转换器系统不稳定问题。
• 开发一种控制器，通过管理闭环阻抗和电压增益来稳定被控对象。
• 改善基于降压转换器的级联系统中的瞬态响应和鲁棒性。
• 通过在典型降压转换器模型上的仿真验证控制器的有效性。

提出的方法

• 对降压DC/DC转换器进行小信号分析，推导其数学模型。
• 构建包含闭环阻抗和电压增益的级联转换器模型。
• 基于推导出的模型设计控制器以稳定系统动态特性。
• 通过仿真评估控制器在典型工作条件下的性能。
• 通过闭环配置下的阻抗和增益特性分析系统稳定性。
• 通过在标准降压转换器配置上的测试验证控制器的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 降压转换器的小信号特性如何影响级联式DC/DC转换器系统的稳定性？
• RQ2 何种控制器设计可有效稳定级联转换器中的闭环阻抗和电压增益？
• RQ3 所提出的控制器如何改善瞬态响应和系统鲁棒性？
• RQ4 级联转换器之间导致不稳定的动态相互作用关键因素是什么？
• RQ5 在不改变基本转换器拓扑结构的前提下，所提出的控制器在多大程度上可缓解不稳定性？

主要发现

• 所提出的控制器通过调节闭环阻抗和电压增益，成功稳定了级联式DC/DC转换器系统。
• 小信号建模准确捕捉了控制器设计所需的动态行为。
• 仿真结果证实了瞬态响应的改善和系统鲁棒性的增强。
• 控制器有效缓解了级联转换器之间相互作用引起的不稳定性。
• 该方法在标准降压转换器配置中展示了可行性与有效性。
• 控制器设计通过仿真得到验证，显示出在典型工作条件下的稳定性能。