电流型控制单电感双输出开关变换器稳定性与瞬态特性分析

导语

随着便携式电子产品功能的不断增强，其包含的负载种类不断增多，这些负载往往需要不同的工作电压。如果采用多路独立电源为其供电，会使得电子产品的体积增大，重量增加、效率变低，而采用单电感多输出开关变换器为其提供多路独立电源，可以减少电感及控制芯片的数量，很好地解决上述问题。

本期为您推荐西南交通大学电能变换与控制实验室团队科研论文：电流型控制单电感双输出开关变换器稳定性与瞬态特性分析。

研究背景

随着智能移动设备的普及，开关电源正朝着高可靠、小尺寸、低成本和多输出等方向发展。单电感多输出开关变换器因其只需一个电感，极大地减少了多路输出系统所需磁心的数量，降低了成本，因此备受学术界和工业界的关注。

单电感多输出开关变换器各条输出支路共用一个电感，通过电感将各条输出支路耦合在一起，当一条输出支路负载变化时，会通过电感电流影响到其他输出支路的输出，因而造成交叉影响。交叉影响较轻时会影响变换器的稳态性能，严重时会影响变换器的稳定性，因而其成为研究单电感多输出开关变换器的重要问题之一。

本文提出一种单电感多输出开关变换器的电流型控制技术，以抑制输出支路的交叉影响。

论文所解决的问题及意义

电流型控制单电感双输出Boost变换器的电路原理框图和工作波形如图1所示。相对于传统的共模-差模电压型控制，电流型控制单电感双输出Boost变换器提高了变换器的瞬态响应速度，抑制了输出支路间的交叉影响，引入斜坡补偿可以解决电流型控制单电感双输出Boost变换器的不稳定性问题。

论文方法及创新点

论文主要分成以下四部分：(1)电流型控制单电感双输出Boost变换器工作原理；(2)电流型控制单电感双输出Boost变换器稳定性分析；(3)仿真分析与实验验证。

论文的主要创新点是提出了一种电流型控制单电感双输出开关变换器技术方案，使之克服现有控制方法的缺点，具有较好的稳态和瞬态性能。

结论

本文提出的电流型控制单电感双输出开关变换器控制方法，有效地抑制了输出支路的交叉影响，提高了变换器的瞬态响应性能，非常适合于需要多路输出电源供电的便携式电子设备中。

引用本文

周述晗, 周国华, 毛桂华, 等. 电流型控制单电感双输出开关变换器稳定性与瞬态特性分析[J]. 电工技术学报, 2018, 33(6): 1374-1381.

Zhou Shuhan, Zhou Guohua, Mao Guihua, et al. Stability and transient response analysis of current-mode controlled single-Inductor dual-output converter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(6): 1374-1381.

作者介绍

周国华，工学博士/教授，博士生导师。全国优秀博士学位论文、四川省杰出青年基金获得者，IEEE Senior Member，西南交通大学“雏鹰学者”。曾留学于美国弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心(CPES)和香港理工大学电子与资讯工程系。担任IEEE Transactions on Industrial Electronics，IEEETransactions on Power Electronics、IEEE Transactions onCircuits and Systems、电工技术学报、物理学报、中国电机工程学报等学术刊物的论文评审人。

已出版学术著作2部、译著1部，发表学术论文120余篇(其中SCI收录源50余篇，EI收录源60余篇)，申请发明专利30余项(已获授权18项)。主持国家自然科学基金面上项目、全国优博论文作者专项资金、霍英东高校青年教师基金、四川省杰出青年基金、教育部博士点基金等项目10余项，主研国家自然科学基金面上项目、国家高技术研究发展计划重点项目子课题、国家科技支撑计划子课题、企业委托项目等10余项。

团队介绍

电能变换与控制实验室隶属于磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室和西南交通大学电气工程学院，研究领域涉及高效功率变换及先进数字控制技术、分布式发电与并网逆变技术、储能系统及其能量管理、绿色照明电源等。完成和在研科研项目有包括863计划重点项目、国家自然科学基金面上项目等，研究成果获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖二等奖，毕业博士研究生中，1人获“全国优秀博士学位论文”。

团队现有教师8人，博士生16人，硕士生67人。主要研究方向为：现代电力电子动力学与控制技术研究、电力电子系统数字控制技术、再生能源与分布式发电系统、新型开关变换器拓扑结构和控制方法、智能电源管理与控制技术。

周述晗，于2014年、2016年在西南交通大学电气工程学院分别获学士、硕士学位，目前在西南交通大学电气工程学院攻读博士学位，从事多路输出开关变换器建模与控制技术研究工作。

毛桂华，于2016年在西南交通大学电气工程学院获学士学位，目前在西南交通大学电气工程学院攻读硕士学位，从事开关变换器数字控制技术研究工作。

张凯暾，于2014年、2017年在西南交通大学电气工程学院分别获学士、硕士学位，目前在合肥市阳光电源股份有限公司，担任系统测试工程师。

徐顺刚，于1998年、2006年、2011年在重庆师范大学物理与电子工程学院、电子科技大学自动化学院、西南交通大学电气工程学院分别获学士、硕士和博士学位，目前在西南交通大学电气工程学院担任高级工程师。