自适应电压定位控制策略

1、电力电子课程设计报告一种混合式自适应电压定位控制策略及12V电压调节模块拓扑 院 系： 信息工程学院 班 级： 11级自动化3班 姓 名： 李俊烨 学 号： 2011551833 指导老师： 谭平安 日 期： 2014年4月 目录序言······························

2、83;····················(3)一 混合式自适应电压拓扑原理··························

3、3;·(3)二 电感设计············································（8）三 仿真设计·

4、3;··········································(9)四 心得与体会······

5、····································(11)五 参考文献············&#

6、183;·······························(11) 序言微处理器（CPU）的飞速发展，使得其对供电电源、电压调节模块（Voltage Regulator Module，VRM）的要求也越来越高。VRM 的一个重要问题就是负载跳变时的输出电压调整，为了降低负载跳变

7、时的输出电压过冲或跌落，传统的增加输出滤波电容方法不仅会提升成本，而且降低功率密度。为改善动态响应而不增加额外的输出电容，许多控制方法及电路结构被提出，本文课程设计提出了一种基于较大电感的混合式 AVP控制策略及其拓扑，结合非线性控制方法，解决了 VRM 中效率和瞬态响应不能兼顾的问题，在不影响瞬态响应性能的前提下，大大提高电路的稳态效率。一、混合式自适应电压拓扑原理1. 混合式自适应电压定位拓扑结构采用两相交错并联技术，相对传统的两相交错 VRM，该拓扑引入了一个二极管 VD1，MOS 管 Sa以及一个辅助电感 Ls；在传统的 AVP 控制基础上结合非线性控制策略，可以获得高的稳态效率和良好

8、的瞬态响应。2. 过程分析 在 t0之前，无论是稳态还是负载 step up 时，Vo始终保持在 AVP 的窗口范围之内，因此，系统工作在传统的两相交错同步整流模式下，非线性控制电路不工作，等效电路如图 4a 所示，此时，Ls作为辅助电感，起到辅助抑制电流纹波的作用，每相电流纹波满足如下 在 t0时刻，比较器检测到 Vo高于上限 VH，辅 助开关管 Sa开通，Ls中的电流在 Vo的作用下下降，变化斜率如下式所示在 t1时刻，辅助电感 Ls中的电流降到零，并且在 Vo的作用下反向，电流变化斜率式同t0时刻，此时，输出电容通过 Ls和 Sa放电，输出电压 Vo下降在 t2时刻，比较器检测到 Vo低

9、于上限 VH，Sa关断，L1、L2以及 Ls中的电流均通过二极管 VD1反馈到电源端，直到 t3。电流变化斜率分别为在 t3时刻，辅助电感 Ls中的反向电流降到零，由于 Va仍被钳位在 VinVD1，因此辅助电感电流再次正向上升，直到 t4时刻比较器再次检测到 Vo超过电压上限 VH。如此循环使得相电感中的能量反馈到电源并将 Vo电压控制在窗口限制中。 3. 各时刻等效电路图 T0以前 T0时刻T1时刻 T2时刻T3时刻3. 混合式AVP控制策略为了保证 VRM在采用大电感之后的瞬态响应，采用了混合式 AVP 控制方法，即传统的 AVP 控制与非线性控制的结合。在 Vo不高于 VH时传统的 A

10、VP控制策略工作，在 Vo高于 VH时采用非线性控制。该拓采用的非线性控制则仅由一个比较器和两个逻辑门组成，且无需辅助管上管的自举措施，控制简单，所需原件少，如图 7 所示。当 Vo低于VH之时，Comp 输出低电平，辅助管 Sa关断，与非门输出高，PWM 输出由线性系统控制。而在负载下跳时，当 Vo高于 VH之时，Comp 端输出高电平，Sa开通，主开关管的驱动信号被封锁，使输出电压迅速回落到 AVP 窗口电压范围之内。当检测的 Vo小于 VH时，辅助管再次关断。通过简单的组合即实现了对输出电压的线性非线性混合控制。3、 电感设计主电感及辅助电感设计 按照临界电感设计方法，在负载 step

11、up 和step down 时，由于占空比饱和裕量的不同，所计算出来的临界电感值是不同的，在电流型模式中，两个临界电感值分别为 为了在两个瞬态过程中都能避免占空比饱和的问题，实际的电感取值必须小于两者中的最小值，而对于 12V 或更高输入电压的 VRM，由于占空比较小，两个临界电感值之间相差较大，对于一个 12V-1.6V的VRM，step up时的临界电感值Lci_step_up为step down时电感值Lci_step_down的6.5倍，取较小的电感值对VRM的稳态效率产生了较大的影响。因此，本文提出的混合式 AVP 控制方法中，放弃 AVP 对 step down 时瞬态响应的直接控

12、制，而将主电感设在几倍于 Lci_step_down，同时小于 Lci_step_up，将会有可观的效率提升空间，并且不影响负载 step up 时的瞬态响应。 辅助电感非线性控制对电压尖刺的抑制效果越好。但是在实际应用中，由于控制逻辑、驱动信号、器件通断等因素的延时，过小的 Ls会造成输出电压振荡甚至系统不稳定。一般来说，按照下式计算的 Ls可以满足瞬态响应和系统稳定性的需求。 三 仿真设计1. 利用Matlab中的simulink对该拓扑进行仿真。 仿真图VRM模块2. 仿真波形上图为电压 下图为电流 由仿真图可知电压上升到峰值后变的平稳，有效调节了电压。 4、 心得与体会 本次实验让我们以亲身实践的方法去运用电力电子技术方面的知识，很好地将书本的理论知识和实践联系起来，很少触及Simulink的我们，开始慢慢熟练使用这一强大的仿真工具，从无到有，这正是学习的过程，也是我们从一无所知到有实验结果的过程。文章中所提到的ISL6560及ADP3418这两块芯片由于在simulink中找不到相应的模块，使设计在一开始就陷入了麻烦。 实验结果较为理想。尽管遇到了上述