【脉宽调制DCDC功率变换001】PWM DCDC变换器的特性和问题

1、动态建模与分析

DC-DC变换器功能上是一电压源，不管输入电压、负载电流和其他工作条件有任何变化，其输出电压都应保持恒定的期望值。这种重要功能是通过PWM原理下的闭环反馈控制器来实现的。

众所周知，如果系统设计不正确，闭环控制系统将变得不稳定。可以通过测量闭环控制系统的动态特性来评估其稳定性。有许多分析方法来确定闭环控制系统是否稳定。然而，这些方法主要用于线性时不变系统。如，PWM DC-DC变换器属于不能直接应用上述稳定性分析方法的非线性时变系统。

动态建模是指以特定方式描述非线性PWM DC-DC变换器的动态特性的分析过程，在这种分析过程中，最初针对线性系统的所有经典分析方法都可以应用于该分析。因此，动态建模使我们能够使用熟悉的经典控制理论来研究非线性PWM DC-DC变换器的稳定性和性能。动态建模和随后基于动态建模的分析统称为动态建模和分析。动态建模与分析在PWM功率变换技术中起着重要的作用，应得到关注与重视。

2、动态性能与控制设计

本书将DC-DC变换器的性能分为两类：静态性能和动态性能。

静态性能将 DC-DC变换器表征为静态电压源。静态性能包括输入输出电压转换比和功率负载能力。静态性能仅由功率级决定，与反馈控制器无关。

第二类是将DC-DC变换器描述为闭环控制动态系统的动态性能。

最重要的动态性能是稳定性。DC-DC变换器应建立周期性稳态工作，以产生所需的输出电压。当引入一定的干扰时，变换器可能暂时偏离其稳态工作。但是，当干扰消失时，变换器总是能够返回到原始工作点工作。该重要特性能得以体现的前提条件是变换器满足稳定性要求。

另一个重要的动态性能是阶跃负载响应。稳定的DC-DC变换器提供固定的稳态输出电压，无论负载电流发生任何变化。当负载电流发生阶跃变化时，变换器的输出电压在返回到其稳态值之前会出现跃迁偏移。跃迁输出电压响应在本书中称为阶跃负载响应。当采用数字逻辑电路作为负载时，阶跃负载响应尤为重要。

现代逻辑电路工作于精确调节的低电压，例如(2.1±0.02)V,并产生较大的脉冲电流。这些逻辑电路自然且频繁地引起负载电流的实质性阶跃变化。对于这种情况，输出电压偏移应最小化，以避免由于电源电压过冲或下冲引起的数字逻辑电路故障动态性能仅由反馈控制器的设计决定。

对于给定的功率级架构，控制器应满足稳定性和良好的动态性能。虽然控制器设计主要基于动态建模和分析，但是也需要对控制理论、线性系统理论和反馈补偿设计有广泛了解。