[论文解读] A Comparative study of Analog and digital Controller On DC/DC Buck-Boost Converter Four Switch for Mobile Device Applications

Abdessamad Benlafkih, Krit Salah-ddine+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2013

Advanced DC-DC Converters参考文献 4被引用 5

一句话总结

本文比较了模拟与数字控制策略在移动设备应用中四开关DC/DC升降压转换器中的表现。通过使用MATLAB/SIMULINK基于状态方程对转换器进行建模与仿真，研究评估了其在升压（Boost）和降压（Buck）模式下的性能，结果表明，与模拟控制相比，数字控制在不同负载条件下展现出更优的稳定性、更快的瞬态响应以及更高的效率。

ABSTRACT

This paper presents comparative performance between Analog and digital controller on DC/DC buck-boost converter four switch. The design of power electronic converter circuit with the use of closed loop scheme needs modeling and then simulating the converter using the modeled equations. This can easily be done with the help of state equations and MATLAB/SIMULINK as a tool for simulation of those state equations. DC/DC Buckboost converter in this study is operated in buck (step-down) and boost (step-up) modes.

研究动机与目标

• 评估并比较四开关DC/DC升降压转换器中模拟与数字控制器的性能。
• 分析在不同负载和输入条件下，两种控制方法的稳定性、瞬态响应和效率。
• 通过状态空间建模与MATLAB/SIMULINK仿真验证设计，以准确预测动态行为。
• 为需要在多种模式下实现高效电压调节的移动设备电源管理系统提供设计洞见。

提出的方法

• 使用状态方程对四开关升降压转换器进行建模，以表征其动态行为。
• 在MATLAB/SIMULINK中实现模拟与数字控制环路，进行系统级仿真。
• 采用闭环控制与反馈机制，实现降压与升压模式下输出电压的调节。
• 通过模拟负载与输入电压变化下的系统响应，评估稳定性与瞬态性能。
• 应用标准控制技术，如模拟控制中的PID，以及数字控制中的数字脉宽调制（PWM）。
• 通过对比分析输出电压调节、上升时间与超调量，验证仿真结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 模拟与数字控制器在降压与升压模式下调节输出电压方面有何差异？
• RQ2 在四开关升降压转换器中，模拟控制与数字控制的瞬态响应性能如何比较？
• RQ3 在不同负载条件下，哪种控制方法具有更好的稳定性和效率？
• RQ4 控制器的选择如何影响转换器在移动设备应用中的动态行为？

主要发现

• 数字控制相比模拟控制具有更快的瞬态响应和更低的超调。
• 在负载变化下，数字控制器实现了更优的输出电压调节，维持在±1%的容差范围内。
• 数字控制表现出更优的稳定性裕量，并对元件公差的敏感性更低。
• 仿真结果表明，与模拟控制器相比，数字控制器将稳定时间减少了约30%。
• 两种控制器均保持了可接受的效率，但数字控制在多模式运行中展现出更好的适应性。