Модель переключаемой ШИМ-структуры для анализа импульсных преобразователей напряжения с произвольной топологией

Рассмотрены проблемы, возникающие при анализе работы устройств на основе импульсных преобразователей постоянного напряжения. Проанализированы преимущества, недостатки, а также область применимости ключевых и непрерывных моделей этих преобразователей. Обоснована целесообразность использования для анализа режимов работы таких устройств комплекса из двух моделей – ключевой и непрерывной. Рассмотрен общий подход к построению непрерывных моделей преобразовательных устройств на основе метода усреднения в пространстве состояний. Показаны недостатки, присущие моделям, полученным с использованием классического подхода. Обоснована актуальность разработки универсальных непрерывных моделей DC-DC преобразователей. Показана возможность создания таких моделей с использованием усредненных моделей коммутационных структур, входящих в импульсный преобразователь постоянного напряжения. Проанализирована типовая структура импульсного источника электропитания с обратной связью. Предложена усредненная модель коммутационной структуры, на основе которой могут быть построены непрерывные модели DC-DC преобразователей с произвольной топологией. Проанализированы процессы, происходящие в этой коммутационной структуре в режиме непрерывных и разрывных токов дросселя. Предложен метод построения непрерывных моделей основных типов импульсных преобразователей напряжения на основе усредненной модели коммутационной структуры. Доказана адекватность получаемых таким способом непрерывных моделей. Продемонстрированы результаты моделирования переходных процессов по полученной непрерывной и ключевой моделям на примере инвертирующего регулятора постоянного напряжения. Показана возможность учета в модели активных сопротивлений ключей и накопительного дросселя. Продемонстрирована возможность использования предложенной модели для получения передаточных функций системы, в частности характеристики «коэффициент заполнения – выходное напряжение». Эти передаточные функции можно использовать для синтеза корректирующих звеньев системы управления импульсным источником электропитания. Показана возможность использования одной обобщенной усредненной модели коммутационной структуры для построения непрерывных моделей преобразователей со сложной топологией, использующих как режим управления Voltage Mode, так и режим Current Mode. Это создает предпосылки для создания на ее основе универсальной непрерывной модели DC-DC преобразователей.