[发明专利]一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法及其降压器

权利要求书

1.一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据功率级拓扑电路原理，在仿真软件中构建降压器的功率级拓扑模型；

步骤二、根据反馈控制电路原理，在仿真软件中构建降压器的信号控制模型；

所述信号控制模型用于采样所述功率级拓扑模型两个输出回路的输出电压以及电感的输出电流，得到与两个输出电压一一对应的第一采样电压、第二采样电压，以及与电感电流相对应的第三采样电压；通过二阶滞后补偿网络对采样到的三个采样电压进行误差计算及补偿运算，得到两个用于对两个输出回路进行一一对应控制的输出端占空比信号以及两个用于控制功率级拓扑模型中电感输出的控制端占空比信号；

步骤三、对所述功率级拓扑模型以及信号控制模型进行仿真验证，以获取降压器电路的性能参数；

通过二阶滞后补偿网络对采样到的三个采样电压进行误差计算及补偿运算，具体为，

第一步、将所述第一采样电压和第二采样电压输入到误差放大器中，并分别与基准电压进行误差放大并补偿，得到第一误差信号和第二误差信号；

第二步、将所述第一误差信号和第二误差信号进行相加，得到第三误差信号；

第三步、将所述第三误差信号与第三采样电压输入到误差放大器中进行误差放大并补偿，得到第四误差信号；

第四步、将所述第四误差信号与预设的斜坡信号进行比较，得到所述信号控制模型的两个控制端占空比信号；

第五步、将所述第一误差信号和第二误差信号分别与第三误差信号积分后的值作比较，得到两个输出回路的输出端占空比信号；

所述信号控制模型包括通过平均电流控制法以及基于占空比分割的电荷控制法设计的电流环路控制模型和电压环路控制模型；

所述电流环路控制模型的构建方法为，

第一步、获取所述功率级拓扑电路以及反馈控制电路的小信号模型及其状态方程，并根据所述小信号模型和状态方程获取所述小信号模型中各回路的传递函数；

第二步、采用状态空间平均法获取所述小信号模型中的电感电流传递函数 ,

；

其中，为开关管栅极的电压；为电感的感值；为电感的寄生电阻；

第三步、根据所述电感电流传递函数以及小信号模型中的电流环路补偿函数、模块增益，获取所述电流环路模型的电流环路开环传递函数,

；

其中，为反馈控制电路中模数转换器的增益；为反馈控制电路中比较器的增益；为主动添加的延时，假设其为一个周期；为反馈控制电路中电感电流采样网络的增益；

第四步、在所述电流环路控制模型的零频率处添加一极点，在主极点处添加一零点，调整增益，以使所述电流环路开环传递函数的带宽小于电流环路控制模型开关频率的一半。

2.根据权利要求1所述的一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法，其特征在于，所述第三采样电压的采样方法为，

通过电感电流采样网络对所述功率级拓扑模型中流经电感的电流进行采样，并将所述输出电流转换成第三采样电压。

3.根据权利要求1所述的一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法，其特征在于，所述电流环路开环传递函数带宽的相位裕度为55°-65°，增益为10dB-15dB。

4.根据权利要求1所述的一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法，其特征在于，所述电压环路控制模型的构建方法为，

第一步、根据所述小信号模型中的电流环路的前向传递函数以及电流环路的反馈传递函数之间的函数关系，获取所述电流环路模型的闭环传递函数,

；

第二步、根据所述状态方程获取电压环路模型的输出阻抗传递函数，

；

其中，为输出电阻；为输出电容；为输出电容的寄生电阻；

第三步、根据所述小信号模型中各回路传递函数之间的关系，获取所述电压环路模型的电压环路开环传递函数，

；

；

其中，为电压环路的补偿函数；为功率级的传递函数；为采样网络的传递函数。

5.根据权利要求4所述的一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法，其特征在于，所述电压环路开环传递函数的带宽为电流环路开环传递函数带宽的1/4-1/5，增益为15dB-25dB。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种单电感双输出DC-DC降压器的设计方法，其特征在于，通过matlab软件和simulink软件对所述功率级拓扑模型和信号控制模型进行建模以及仿真验证。