基于相平面法的同步Buck變換器動態分析

周小林

摘要：相平面法可以直觀清晰地反映系統的動態過程及性能，現有的Buck變換器分析過程大部分基于微分方程，分析過程欠直觀。文章利用相平面法對Buck變換器進行分析，選取電流和電壓作為相平面坐標，分析其電流和電壓的變化過程。該方法計算簡單、概念清晰，可以直觀地反映電流和電壓的變化過程。

關鍵詞：Buck變換器；非線性系統；相平面法；微分過程；相平面坐標 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM133 文章編號：1009-2374（2016）20-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.030

1 概述

相對于傳統的線性電源，開關電源具有轉換效率高、輸入電壓范圍大、輸出電壓穩定等優點，廣泛應用于工業控制、電力系統等領域。開關電源的拓撲形式多種多樣，其中Buck變換器是最為簡單且具代表的一種，已應用于光伏并網、LED和電池充電等領域。雖然Buck變換器應用廣泛，但其分析過程大部分是基于微分方程的，分析過程欠直觀，難于工程應用。

相平面法是分析非線性系統的一種常用方法，通過相平面圖直觀清晰地反映系統的動態過程及性能，其計算簡單、概念清晰，非常適合于工程應用。

本文利用相平面法對同步Buck變換器的動態過程進行分析，選取具體的物理量為相平面坐標軸，通過相平面得到Buck變換器中變量的變化趨勢，為后續的分析設計提供依據。

2 同步Buck變換器模型

Buck變換器的原理圖如下：

當開關S1、S2處于不同狀態時，該電路有不同的動態特性，該系統屬于切換系統，其數學模型如下：

當S1閉合、S2斷開時，Buck變換器的狀態空間模型