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🔥 内容介绍
一、引言
Buck 电路作为一种基本的 DC - DC 变换器，在众多电子设备中广泛应用。为了实现 Buck 电路稳定、高效的运行，并具备良好的动态响应特性，采用合适的控制策略至关重要。本文详细阐述了在 Buck 电路中运用峰值电流控制结合斜坡补偿以及电压电流双环控制的原理、参数设计、环路整定 PI 设计，并通过 Simulink 仿真进行分析，对仿真波形展开深入探讨。
二、控制策略说明
（一）电压电流双环控制
电压电流双环控制是 Buck 电路常用的控制方式，其目的在于维持输出电压的稳定，并使电路能够快速响应负载变化。
- 电压环
：电压环的主要作用是将输出电压与参考电压进行比较，其差值经过电压 PI 控制器调节后，输出一个电流参考值 Iref。电压环的设计重点在于确保输出电压能够精确跟踪参考电压，在负载变化或输入电压波动时，能够迅速调整电流参考值，为电流环提供准确的指令。
- 电流环
：电流环接收电压环输出的电流参考值 Iref，并与实际电感电流 IL 进行比较。两者的差值通过电流 PI 控制器处理后，生成控制信号，用于调节开关管的占空比。电流环的响应速度较快，能够快速跟踪电流参考值的变化，从而实现对电感电流的精确控制，进而稳定输出电压。
（二）峰值电流控制
峰值电流控制是一种基于电流反馈的控制方法，它通过监测电感电流的峰值来控制开关管的关断时刻。在每个开关周期内，当电感电流上升到与电压环输出的电流参考值 Iref 相等时，开关管关断。这种控制方式的优点在于对输入电压变化和负载变化具有快速的响应能力，能够及时调整占空比，维持输出电压稳定。然而，峰值电流控制存在一个问题，即容易出现次谐波振荡现象。
三、峰值电流 + 人工斜坡补偿原理说明
（一）次谐波振荡问题
在峰值电流控制模式下，由于电感电流在每个开关周期内的上升和下降斜率不同，当占空比 D>0.5 时，系统会出现次谐波振荡。这是因为在开关管导通期间，电感电流线性上升，斜率为 LVin−Vout；开关管关断期间，电感电流线性下降，斜率为 L−Vout。当占空比过大时，电感电流的上升斜率相对较大，导致电流采样信号在开关周期内出现不稳定，从而引发次谐波振荡。
（二）斜坡补偿原理
为了解决次谐波振荡问题，引入了斜坡补偿。斜坡补偿的基本思想是在电流采样信号上叠加一个人工斜坡信号，使得电流采样信号的上升斜率在整个开关周期内更加均匀。通常，斜坡补偿信号是一个线性斜坡信号，其斜率为 ms。叠加斜坡补偿信号后，总的电流采样信号为 Isense=IL+mst，其中 t 是开关周期内的时间变量。通过合理选择斜坡补偿信号的斜率 ms，可以有效抑制次谐波振荡，提高系统的稳定性。
具体来说，为了确保系统稳定，斜坡补偿信号的斜率 ms 需要满足一定的条件。理论分析表明，当 ms≥LVoutD1−D 时，能够有效消除次谐波振荡。在实际设计中，通常会选择一个稍大于该理论值的斜坡补偿斜率，以保证系统在各种工况下都能稳定运行。
⛳️ 运行结果
🔗 参考文献
Jia Shi, Junfan Hu, Yang Yue, Xuan Xue, Wei Liang, and Zan Li,
**"Outage Probability for OTFS Based Downlink LEO Satellite Communication,"***IEEE Transactions on Vehicular Technology*, vol. 71, no. 3, pp. 3355–3360, March 2022
