自適應電壓定位控制策略

1、電力電子課程設計報告一種混合式自適應電壓定位控制策略及12V電壓調節(jié)模塊拓撲 院 系： 信息工程學院 班 級： 11級自動化3班 姓 名： 李俊燁 學 號： 2011551833 指導老師： 譚平安 日 期： 2014年4月 目錄序言······························

2、83;····················(3)一 混合式自適應電壓拓撲原理··························

3、3;·(3)二 電感設計············································（8）三 仿真設計·

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

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

6、183;·······························(11) 序言微處理器（CPU）的飛速發(fā)展，使得其對供電電源、電壓調節(jié)模塊（Voltage Regulator Module，VRM）的要求也越來越高。VRM 的一個重要問題就是負載跳變時的輸出電壓調整，為了降低負載跳變

7、時的輸出電壓過沖或跌落，傳統的增加輸出濾波電容方法不僅會提升成本，而且降低功率密度。為改善動態(tài)響應而不增加額外的輸出電容，許多控制方法及電路結構被提出，本文課程設計提出了一種基于較大電感的混合式 AVP控制策略及其拓撲，結合非線性控制方法，解決了 VRM 中效率和瞬態(tài)響應不能兼顧的問題，在不影響瞬態(tài)響應性能的前提下，大大提高電路的穩(wěn)態(tài)效率。一、混合式自適應電壓拓撲原理1. 混合式自適應電壓定位拓撲結構采用兩相交錯并聯技術，相對傳統的兩相交錯 VRM，該拓撲引入了一個二極管 VD1，MOS 管 Sa以及一個輔助電感 Ls；在傳統的 AVP 控制基礎上結合非線性控制策略，可以獲得高的穩(wěn)態(tài)效率和良好

8、的瞬態(tài)響應。2. 過程分析 在 t0之前，無論是穩(wěn)態(tài)還是負載 step up 時，Vo始終保持在 AVP 的窗口范圍之內，因此，系統工作在傳統的兩相交錯同步整流模式下，非線性控制電路不工作，等效電路如圖 4a 所示，此時，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時刻，比較器檢測到 Vo高于上限 VH，輔 助開關管 Sa開通，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時刻，此時，輸出電容通過 Ls和 Sa放電，輸出電壓 Vo下降在 t2時刻，比較器檢測到 Vo低

9、于上限 VH，Sa關斷，L1、L2以及 Ls中的電流均通過二極管 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時刻比較器再次檢測到 Vo超過電壓上限 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. 各時刻等效電路圖 T0以前 T0時刻T1時刻 T2時刻T3時刻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，采用了混合式 AVP 控制方法，即傳統的 AVP 控制與非線性控制的結合。在 Vo不高于 VH時傳統的 A

10、VP控制策略工作，在 Vo高于 VH時采用非線性控制。該拓采用的非線性控制則僅由一個比較器和兩個邏輯門組成，且無需輔助管上管的自舉措施，控制簡單，所需原件少，如圖 7 所示。當 Vo低于VH之時，Comp 輸出低電平，輔助管 Sa關斷，與非門輸出高，PWM 輸出由線性系統控制。而在負載下跳時，當 Vo高于 VH之時，Comp 端輸出高電平，Sa開通，主開關管的驅動信號被封鎖，使輸出電壓迅速回落到 AVP 窗口電壓范圍之內。當檢測的 Vo小于 VH時，輔助管再次關斷。通過簡單的組合即實現了對輸出電壓的線性非線性混合控制。3、 電感設計主電感及輔助電感設計 按照臨界電感設計方法，在負載 step

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

12、制，而將主電感設在幾倍于 Lci_step_down，同時小于 Lci_step_up，將會有可觀的效率提升空間，并且不影響負載 step up 時的瞬態(tài)響應。 輔助電感非線性控制對電壓尖刺的抑制效果越好。但是在實際應用中，由于控制邏輯、驅動信號、器件通斷等因素的延時，過小的 Ls會造成輸出電壓振蕩甚至系統不穩(wěn)定。一般來說，按照下式計算的 Ls可以滿足瞬態(tài)響應和系統穩(wěn)定性的需求。 三 仿真設計1. 利用Matlab中的simulink對該拓撲進行仿真。 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)，有效調節(jié)了電壓。 4、 心得與體會 本次實驗讓我們以親身實踐的方法去運用電力電子技術方面的知識，很好地將書本的理論知識和實踐聯系起來，很少觸及Simulink的我們，開始慢慢熟練使用這一強大的仿真工具，從無到有，這正是學習的過程，也是我們從一無所知到有實驗結果的過程。文章中所提到的ISL6560及ADP3418這兩塊芯片由于在simulink中找不到相應的模塊，使設計在一開始就陷入了麻煩。 實驗結果較為理想。盡管遇到了上述