数字V2版本 三级飞行电容器降压转换器的控制技术

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Digital V2 Control of 3-Level Flying Capacitor Buck Converters

双极型V2控制框架优化三电平飞电容Buck转换器瞬态性能，采用单传感器输出电压控制策略，数字斜率补偿抑制次谐波振荡，推导包含纹波的小信号模型并简化为单极等效模型，通过48V/125kHz原型验证实现稳定运行、快速负载响应和电容自平衡。

　　

摘要：

本文提出了一种用于三级飞电容降压转换器（3L-FCBC）的数字控制框架，旨在在保持简单传感架构的同时提升瞬态性能。该框架考虑了基于峰谷型电压调节的实现方式，并采用前沿/后沿（LE/TE）调制技术，同时仅使用一个传感器来检测输出电压，从而避免了电感电流的检测。引入了数字斜率补偿（DSC）机制来抑制次谐波振荡并确保系统稳定运行。针对数字电压控制下的3L-FCBC，建立了一个小信号模型，该模型能够准确捕捉输出电压纹波及DSC对系统的影响。在强阻尼工作范围内，该模型将包含纹波的复杂系统简化为单极等效系统。这种基于控制的描述方法相较于传统的状态空间平均（SSA）公式更为实用，为电压环补偿器设计提供了简单而精确的依据。本文还分析了所提出控制方式下飞电容（FC）电压平衡的原理，并定量评估了系统对元件参数（尤其是电感值和等效串联电阻ESR）变化的鲁棒性。通过在实际工作的3L-FCBC原型上进行实验验证，证明了理论分析和设计指导的有效性。该原型在48 V、125 kHz的工作条件下能够实现稳定运行、快速负载瞬态响应以及飞电容电压的自我平衡。