面向高性能 DC-DC 功率变换器的随机开关技术

随机脉宽调制(RPWM)在功率电子学中已成功应用近 30 年。各种可能的 RPWM 策略对功率谱密度的影响已被充分研究。尽管 RPWM 在展宽谐波成分方面有效,但人们一直倾向于在“平均”意义上保持教科书式的脉宽调制方案。随机开关(RS)摒弃了这一观念,以概率方式驱动开关。除了满足若干最优性条件——包括是在理论性能极限下唯一可行的开关策略且开关损耗低于任何其他 RPWM——之外,RS 还允许将直流行为的设计与功率谱密度的设计分开进行。脉冲幅度概率影响直流与总功率谱密度。脉冲长度概率分布的一阶与二阶矩影响功率谱密度噪声包络的形状。最小脉冲长度起到选择性谐波滤波器的作用。因此,可通过改变这些概率来塑造功率谱密度而无需外部滤波。根据设计目标是实时功率谱密度控制还是频谱利用,Gaussian 与 Huffman 脉冲长度概率被证明是良好选择。此外,研究表明 Cúk 的状态空间平均模型适用于 RS,其中 $D \to p$,因此无需新工具即可理解低频行为或控制性能。闭环随机开关的一个好处是不需要对受控变量进行滤波。因此,依赖于误差以偏置方式进行随机响应被证明是有用的。在高性能应用中考虑 RS 有若干充分理由。