电子科学与工程系列 高频开关变换器的数字控制
出版时间： 2017年版
丛编项： 电子科学与工程系列图书
内容简介
　　《高频开关变换器的数字控制》全面地介绍了开关功率变换器的数字控制。 第1章简介了开关变换器连续时间域经典的平均状态建模方法。第2章介绍了数字控制的基本结构。第3章介绍了开关变换器离散域直接建模的方法并得到z域的小信号动态模型。在此基础上，第4章介绍了如何直接设计数字补偿器。第5章介绍了模/数（A/D）转换器的幅度量化误差和数字脉冲宽度调制器（DPWM）。第6章介绍了数字补偿器的实现。后，第7章介绍了整定技术。 《高频开关变换器的数字控制》可为从事电力电子或数字控制的相关研究和应用的工程技术人员提供参考，也可作为高等院校相关专业学生的研究生教材使用。
目录

译者序

原书前言

导论1

第1章DC-DC变换器的连续平均建模9

1.1PWM变换器9

1.2变换器的稳态11

1.2.1升压变换器举例12

1.2.2开关纹波估计13

1.2.3基本变换器的电压转换比14

1.3变换器的动态和控制15

1.3.1变换器的平均和线性化16

1.3.2脉冲宽度调制器的建模18

1.3.3系统环路增益19

1.3.4基本变换器的平均小信号建模20

1.4状态空间平均法21

1.4.1变换器的静态工作点21

1.4.2平均小信号状态方程模型22

1.4.3升压变换器举例23

1.5设计实例24

1.5.1电压模式控制的同步降压变换器25

1.5.2平均电流模式控制的升压变换器32

1.6占空比d［k］和d(t)36

1.7要点总结37

第2章数字控制环路38

2.1实例学习：电压模式的数字控制38

2.2A/D转换39

2.2.1抽样速率39

2.2.2幅值量化42

2.3A/D转换数字补偿器43

2.4数字PWM（DPWM）46

2.5环路中的延迟48

2.5.1控制延迟48

2.5.2调制延迟49

2.5.3整个环路延迟51

2.6数字控制设计中使用平均模型52

2.6.1平均模型的局限性52

2.6.2数字控制的变换器的平均模型54

2.7要点总结57

第3章离散时间建模58

3.1离散时间小信号建模58

3.1.1入门实例：开关电感60

3.1.2一般情况63

3.1.3用于PWM的基本类型的离散时间模型64

3.2离散时间模型实例66

3.2.1同步降压变换器66

3.2.2升压变换器72

3.3时不变拓扑的离散时间建模76

3.3.1离散时间建模的等价性78

3.3.2与修正Z变换的关系80

3.3.3Tu(z)的计算80

3.3.4降压变换器实例83

3.4基本Matlab的变换器的离散时间建模83

3.5要点总结87

第4章数字控制88

4.1系统级补偿器的设计88

4.1.1采用双线性变换法直接设计89

4.1.2在z域和p域的数字PID补偿器91

4.2设计例程94

4.2.1电压控制模式时同步降压变换器的数字控制94

4.2.2电流控制模式时升压变换器的数字控制100

4.2.3多环控制模式时同步降压变换器的数字控制102

4.2.4升压功率因数校正器105

4.3变换器的其他传递函数117

4.4驱动器饱和与积分抗饱和措施120

4.5要点总结124

第5章幅值量化126

5.1系统量化126

5.1.1A/D转换器127

5.1.2DPWM量化128

5.2稳态时的解129

5.3无极限环的条件131

5.3.1DPWM与A/D分辨率132

5.3.2积分增益134

5.3.3动态量化效应136

5.4DPWM和A/D转换器实现技术137

5.4.1DPWM硬件实现技术137

5.4.2通过Σ-Δ调制有效改进DPWM的分辨率141

5.4.3A/D转换器142

5.5要点总结143

第6章补偿器的实现144

6.1PID补偿器的实现146

6.2系数的缩放和量化148

6.2.1系数的缩放149

6.2.2系数的量化151

6.3电压控制模式实例：系数量化153

6.3.1并联结构154

6.3.2直接结构156

6.3.3级联结构157

6.4定点控制器的实现161

6.4.1有效的动态范围和硬件的动态范围162

6.4.2信号的上限和L1范数163

6.5电压控制模式实例：定点实现164

6.5.1并联实现166

6.5.2直接实现169

6.5.3级联实现171

6.5.4线性系统和量化后的系统响应对比174

6.6控制器的HDL实现175

6.6.1VHDL实例175

6.6.2Verilog实例178

6.7要点总结179

第7章数字控制的自整定180

7.1自整定技术简介180

7.2可编程的PID结构181

7.3通过注入数字扰动信号实现自整定184

7.3.1工作原理185

7.3.2PD自整定的实现188

7.3.3仿真实例190

7.3.4PD自整定环路的小信号分析192

7.4基于继电器反馈的数字自整定197

7.4.1工作原理198

7.4.2数字式继电器反馈的实现199

7.4.3仿真实例202

7.5实现问题203

7.6要点总结204

附录205

附录A离散时间线性系统和Z变换205

A.1差分方程205

A.1.1强迫响应206

A.1.2自由响应207

A.1.3脉冲响应和系统的模208

A.1.4模的渐进特性209

A.1.5更多实例209

A.2Z变换210

A.2.1定义210

A.2.2性质210

A.3传递函数212

A.3.1稳定性212

A.3.2频率响应212

A.4状态空间表达式213

附录B定点算法和HDL编码214

B.1截断操作和截断误差214

B.2浮点和定点算术系统215

B.3二进制补码（B2C）的定点表示216

B.4信号表示218

B.5B2C数的操作以及HDL实例219

B.5.1符号扩展219

B.5.2对齐220

B.5.3符号取反221

B.5.4LSB和MSB截断222

B.5.5加法和减法223

B.5.6乘法225

B.5.7溢出检测和饱和运算225

附录C规则采样脉冲宽度调制器的小信号相位滞后230

C.1后沿调制器231

C.2前沿调制器234

C.3对称调制器234

参考文献236