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PWM模式DC/DC功率变换器在功率集成电路中的应用十分普遍,但是这种调制模式的功率变换器在轻载下的转换效率严重下降。为了解决此问题,目前功率集成电路中越来越多地采用PSM(Pulse Skip Modulation)模式DC/DC功率变换器。作为一种新型调制模式,PSM不同于传统PWM和PFM调制,它采用恒频恒宽控制脉冲,通过调节正常工作周期和跨过周期数目调节输出电压和电流,其显著优点是轻载下系统具有较高的转换效率和较低的EMI水平。基于PWM模式DC/DC功率变换器的非线性建模与非线性现象研究已经十分成熟,但是PSM模式DC/DC功率变换器的非线性建模和非线性特性研究尚不深入。本文主要研究内容为功率集成电路中PSM模式DC/DC功率变换器的非线性建模和非线性特性分析,提出并建立PSM功率变换器能量模型、离散模型、平均模型和模糊推理模型,设计出PSM功率集成芯片。创新点如下:1.首次提出功率变换器的能量模型。能量模型描述相邻时钟周期电容能量状态与输入电源供能之间的关系,揭示功率变换器的本质是能量变换。由能量平衡关系,建立PSM模式DC/DC功率变换器和PWM模式DC/DC功率变换器的能量模型。根据所建立的能量模型,进行以下三方面的非线性研究:⑴由Boost变换器的能量模型描绘出负载R变化时电容能量轨迹图,定量研究系统输出电压周期解随电阻能量和电容能量变化的动态行为。⑵由Buck变换器的能量模型描绘出误差放大器增益K ea变化时电容能量轨迹图,得到输出电压分岔图和第一次分岔点位置,研究PWM模式DC/DC功率变换器的非线性分岔和混沌现象。⑶针对PSM功率变换器输出电压纹波大和功率开关器件实际工作频率易于进入音频范围的缺点,利用能量模型进行PSM控制器的优化设计。2.首次建立PSM模式DC/DC功率变换器的离散模型。离散模型是PSM功率变换器的同步开关映射模型,它描述了相邻开关周期输出电压的迭代关系,反映了PSM功率变换器的周期行为,用于分析PSM功率变换器的非线性特性。⑴由离散模型描绘出负载电阻R或输入电压ui n变化时输出电压变化规律图,详细分析PSM功率变换器的输出非线性特性,并与PWM功率变换器的分岔和混沌现象进行比较,指出二者区别。⑵采用FPGA实现Boost变换器的PSM调制模式,对实际电路进行测试,验证模型和分析结果的正确性。3.建立PSM模式DC/DC功率变换器的平均模型,解决了PSM功率变换器小信号建模问题。⑴建立PSM模式Boost变换器的状态空间平均方程,得到变换器的直流等效电路模型和交流小信号等效电路模型。⑵建立PSM模式Buck变换器的平均开关模型,得到变换器的直流等效电路模型和低频小信号等效电路模型。4.根据模糊控制器的插值机理,建立FPSM控制器的模糊推理模型,从而解决了FPSM功率变换器的建模问题。本文在理论上解决了PSM模式DC/DC功率变换器非线性特性研究的关键问题—大信号建模,对于PSM功率变换器在功率集成电路中的推广有一定的理论价值。