基于脉冲序列控制技术的降压型开关电源
引言
近年来， 随着电子技术和信息技术迅速发展，开关电源成为了电子工程领域应用和研究的热点。与线性电源相比， 开关电源在效率、功率密度、成本等方面显示出了明显的优势， 目前已经成为主要的dc-dc变换设备。对开关电源控制技术的研究也已成为电力电子技术领域中最为活跃的部分。
脉冲序列控制（ pulse t rain m， pt ） 是一种新型定频、非线性的电源控制技术。该技术利用脉冲控制器，根据开关电源的工作状态， 按照一定规律通过高能量脉冲和低能量脉冲组成的脉冲序列对主电路进行控制。与传统的pwm 控制不同， pt 控制系统没有延迟环节， 对变换器输入端或输出端出现的扰动具有较快的响应速度。
1 pt 工作原理及调制特性
1. 1 pt 控制的工作原理
pt 控制技术通过在两级固定占空比的高、低能量脉冲中进行选择， 控制开关管的导通和关断， 从而实现对变换器输出电压的调节。如果输出电压uo 低于基准电压uref , 控制器将连续产生高能量脉冲ph 直到输出电压达到基准电压值， 高能量脉冲的占空比为dh ; 如果输出电压uo 高于基准电压uref , 控制器将连续产生低能量脉冲pl 以降低输出电压， 低能量脉冲的占空比为dl （ dl uref , 则ue 为高电平； 时钟信号同时使触发器d 触发， 触发器输出信号ud 在下一时钟脉冲来临前保持高电平不变； 锯齿波信号usaw 与ud 经过c2 比较， 输出占空比为dl的低能量脉冲信号p l.若uo< uref , 则ue 为低电平；触发器输出信号ud 在下一时钟脉冲来临前保持低电平不变； 锯齿波信号usaw 与ud 比较产生占空比为dh的高能量脉冲信号ph .pt 控制器主要工作波形如图2（ b） 所示。
图2 dcm dc-dc 变换器在pt控制模式下的控制电路原理图和工作波形
根据电源设计要求， 当输出电压uo 大于基准电压uref 时， 控制脉冲为低能量脉冲， 占空比为dl:
式中， ush 为锯齿波信号usaw 的最大值； usl 为锯齿波信号usaw 的最小值。
将设计参数代入式（ 3） 中， 得到低能量脉冲的占空比为dl= 0. 25
同理， 当输出电压uo 小于基准电压uref 时， 控制脉冲为高能量脉冲的占空比：
得高能量脉冲的占空比为dh = 0. 5.
2 仿真及实验验证
为了验证pt 控制方法和模拟控制器的可行性，设计了一个基于pt 控制的dcm buck 变换器， 其主要参数为： uin = 15 v, uo = 5 v, l = 100uh, c=470uf, r= 10ω , f = 10 khz.
图3 显示了pt 控制的dcm buck 变换器工作仿真波形。在图3 中可以看出， 当uo 大于uref 时， 控制脉冲upt 为低能量脉冲， 占空比为dl= 0. 25; 当uo 小于uref 时， 控制脉冲upt 为高能量脉冲， 占空比为dl =0. 5, 与设计参数相符合。此时的控制脉冲序列为ph -pl - pl .
图3 pt控制dcm buck变换器工作仿真波形图
由图3 可知， 输出电压uo 的纹波随着电感电流i l 的变化而变化。控制信号每输出一个高能量脉冲，输出电压纹波值增大； 输出低能量脉冲时， 输出电压纹波值减小， 但是其值始终在5 v 上下范围内波动。仿真结果与实验设计要求一致。
图4 pt 控制dcm buck 变换器控制脉冲信号与输出电压波形和输出电压纹波波形
从图4（ a） 中， 可以看出当mosfet 管导通控制信号为高能量脉冲占空比为dh 时， 输出电压uo 有小幅上升； 而mosfet 管导通控制信号为低能量脉冲占空比为dl 时， 输出电压uo 有小幅下降， 与仿真波形图一致。在图4（ b） 中， 可观察输出电压uo 的纹波图， 能够更清楚地反映开关管导通控制信号与输出电压的变化关系。从图中， 可以更加明显看到开关管导通控制信号的变化对输出电压的影响， 与仿真结果基本一致。
3 结论
本文在介绍了一种新型控制技术--脉冲序列控制技术， 并将其应用于dcm 模式的降压型buck dc-dc 变换器， 用模拟方式实现了开关变换器对输出电压的控制。本文介绍的理论不需要误差计算等详细的小信号或大信号分析， 且适用于各种开关变换器， 仿真和实验结果验证了pt 控制方法的可行性。
滑台模组的主要构成部件是什么？
联发科子公司并购络达进入第二阶段 将纳入后者100%股权
英特尔：5G笔记本明年下半年见
智哪儿观察：3·15晚会揭露，杂牌儿童智能手表成行走的“偷窥器”
三个云存储加密的最佳做法
基于脉冲序列控制技术的降压型开关电源
新型便携式三坐标测量机的性能与应用领域
HT6873丨3.5W高保真超低EMI防削顶单声道D类音频功率放大器
中兴通讯CPE销售额和出货量双居全球第一
重新构想的短距离无线应用程序具有远超蓝牙的性能
DG2000系列函数/任意波形发生器的功能特性及产品特点分析
游戏巨作《怪物猎人》即将上映，HUAWEI VR Glass抢先体验
为什么说决定比特币上涨是Tether什么时候开始印钞
AMD官方确认新旗舰显卡Vega发布时间!8K时代的到来
基于数字特征的识别算法设计实现
小米X1什么时候上市？小米X1最新消息汇总：小米X1冲击八千万销量？小米秘密武器小米X1来了！
IBM公布新一代大型机Z15的处理器改进情况 实现12核5.2GHz奇迹
海尔冰箱深得主妇心 本土化设计让中国产品饮誉印度市场
如何在原理图和PCB中创建代码片段
智能镜子带我们去体验智能科技全新的厨房生活
近年来， 随着电子技术和信息技术迅速发展，开关电源成为了电子工程领域应用和研究的热点。与线性电源相比， 开关电源在效率、功率密度、成本等方面显示出了明显的优势， 目前已经成为主要的dc-dc变换设备。对开关电源控制技术的研究也已成为电力电子技术领域中最为活跃的部分。
脉冲序列控制（ pulse t rain m， pt ） 是一种新型定频、非线性的电源控制技术。该技术利用脉冲控制器，根据开关电源的工作状态， 按照一定规律通过高能量脉冲和低能量脉冲组成的脉冲序列对主电路进行控制。与传统的pwm 控制不同， pt 控制系统没有延迟环节， 对变换器输入端或输出端出现的扰动具有较快的响应速度。
1 pt 工作原理及调制特性
1. 1 pt 控制的工作原理
pt 控制技术通过在两级固定占空比的高、低能量脉冲中进行选择， 控制开关管的导通和关断， 从而实现对变换器输出电压的调节。如果输出电压uo 低于基准电压uref , 控制器将连续产生高能量脉冲ph 直到输出电压达到基准电压值， 高能量脉冲的占空比为dh ; 如果输出电压uo 高于基准电压uref , 控制器将连续产生低能量脉冲pl 以降低输出电压， 低能量脉冲的占空比为dl （ dl uref , 则ue 为高电平； 时钟信号同时使触发器d 触发， 触发器输出信号ud 在下一时钟脉冲来临前保持高电平不变； 锯齿波信号usaw 与ud 经过c2 比较， 输出占空比为dl的低能量脉冲信号p l.若uo< uref , 则ue 为低电平；触发器输出信号ud 在下一时钟脉冲来临前保持低电平不变； 锯齿波信号usaw 与ud 比较产生占空比为dh的高能量脉冲信号ph .pt 控制器主要工作波形如图2（ b） 所示。
图2 dcm dc-dc 变换器在pt控制模式下的控制电路原理图和工作波形
根据电源设计要求， 当输出电压uo 大于基准电压uref 时， 控制脉冲为低能量脉冲， 占空比为dl:
式中， ush 为锯齿波信号usaw 的最大值； usl 为锯齿波信号usaw 的最小值。
将设计参数代入式（ 3） 中， 得到低能量脉冲的占空比为dl= 0. 25
同理， 当输出电压uo 小于基准电压uref 时， 控制脉冲为高能量脉冲的占空比：
得高能量脉冲的占空比为dh = 0. 5.
2 仿真及实验验证
为了验证pt 控制方法和模拟控制器的可行性，设计了一个基于pt 控制的dcm buck 变换器， 其主要参数为： uin = 15 v, uo = 5 v, l = 100uh, c=470uf, r= 10ω , f = 10 khz.
图3 显示了pt 控制的dcm buck 变换器工作仿真波形。在图3 中可以看出， 当uo 大于uref 时， 控制脉冲upt 为低能量脉冲， 占空比为dl= 0. 25; 当uo 小于uref 时， 控制脉冲upt 为高能量脉冲， 占空比为dl =0. 5, 与设计参数相符合。此时的控制脉冲序列为ph -pl - pl .
图3 pt控制dcm buck变换器工作仿真波形图
由图3 可知， 输出电压uo 的纹波随着电感电流i l 的变化而变化。控制信号每输出一个高能量脉冲，输出电压纹波值增大； 输出低能量脉冲时， 输出电压纹波值减小， 但是其值始终在5 v 上下范围内波动。仿真结果与实验设计要求一致。
图4 pt 控制dcm buck 变换器控制脉冲信号与输出电压波形和输出电压纹波波形
从图4（ a） 中， 可以看出当mosfet 管导通控制信号为高能量脉冲占空比为dh 时， 输出电压uo 有小幅上升； 而mosfet 管导通控制信号为低能量脉冲占空比为dl 时， 输出电压uo 有小幅下降， 与仿真波形图一致。在图4（ b） 中， 可观察输出电压uo 的纹波图， 能够更清楚地反映开关管导通控制信号与输出电压的变化关系。从图中， 可以更加明显看到开关管导通控制信号的变化对输出电压的影响， 与仿真结果基本一致。
3 结论
本文在介绍了一种新型控制技术--脉冲序列控制技术， 并将其应用于dcm 模式的降压型buck dc-dc 变换器， 用模拟方式实现了开关变换器对输出电压的控制。本文介绍的理论不需要误差计算等详细的小信号或大信号分析， 且适用于各种开关变换器， 仿真和实验结果验证了pt 控制方法的可行性。
滑台模组的主要构成部件是什么？
联发科子公司并购络达进入第二阶段 将纳入后者100%股权
英特尔：5G笔记本明年下半年见
智哪儿观察：3·15晚会揭露，杂牌儿童智能手表成行走的“偷窥器”
三个云存储加密的最佳做法
基于脉冲序列控制技术的降压型开关电源
新型便携式三坐标测量机的性能与应用领域
HT6873丨3.5W高保真超低EMI防削顶单声道D类音频功率放大器
中兴通讯CPE销售额和出货量双居全球第一
重新构想的短距离无线应用程序具有远超蓝牙的性能
DG2000系列函数/任意波形发生器的功能特性及产品特点分析
游戏巨作《怪物猎人》即将上映，HUAWEI VR Glass抢先体验
为什么说决定比特币上涨是Tether什么时候开始印钞
AMD官方确认新旗舰显卡Vega发布时间!8K时代的到来
基于数字特征的识别算法设计实现
小米X1什么时候上市？小米X1最新消息汇总：小米X1冲击八千万销量？小米秘密武器小米X1来了！
IBM公布新一代大型机Z15的处理器改进情况 实现12核5.2GHz奇迹
海尔冰箱深得主妇心 本土化设计让中国产品饮誉印度市场
如何在原理图和PCB中创建代码片段
智能镜子带我们去体验智能科技全新的厨房生活