隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心已成為現(xiàn)代社會(huì)的“數(shù)字大腦”，在推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心對(duì)電源的苛刻需求，如低電壓(<1V)、大電流(>1000A)、快瞬態(tài)(>1000A/μs) ，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院智慧電氣科學(xué)中心（CiPES）王浩宇團(tuán)隊(duì)此前提出了電流模式恒導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制多相串聯(lián)電容跨電感式穩(wěn)壓器，能夠結(jié)合串聯(lián)電容、跨電感式穩(wěn)壓器（TLVR）和電流模式恒導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制技術(shù)，顯著提升電源系統(tǒng)的降壓比與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。但對(duì)于這樣一個(gè)高度耦合且非線(xiàn)性的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)方法難以精確構(gòu)建其小信號(hào)模型。而小信號(hào)模型是評(píng)估和優(yōu)化系統(tǒng)性能、確保其穩(wěn)定性和可靠性的重要工具。

圖1 多相電流模式 COT串聯(lián)電容式TLVR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的功率級(jí)包括相互耦合的電容和電感結(jié)構(gòu)，難以直接分析其頻率響應(yīng)；同時(shí)控制端的非線(xiàn)性特性使得傳統(tǒng)方法的分析在高頻處失去準(zhǔn)確性。

針對(duì)上述難點(diǎn)，王浩宇團(tuán)隊(duì)近日提出了針對(duì)多相電流模式COT串聯(lián)電容式TLVR系統(tǒng)的小信號(hào)模型。研究利用相與相之間的差模信號(hào)相互抵消，建立了串聯(lián)電容式TLVR結(jié)構(gòu)的共模解耦模型。在此基礎(chǔ)上，研究采用描述函數(shù)法，對(duì)系統(tǒng)控制環(huán)路進(jìn)行線(xiàn)性化處理，實(shí)現(xiàn)了在較低計(jì)算量下的高精度小信號(hào)建模。所建立的模型體現(xiàn)了新型電源轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)定性和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)方面的顯著優(yōu)勢(shì)。為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了相應(yīng)的仿真與實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該模型在高頻條件下依然保持了良好的準(zhǔn)確性。

該成果以“Small-Signal Modeling and Loop Analysis of Ultrafast Series Capacitor Trans-Inductor Voltage Regulator with Constant On-Time Control”為題發(fā)表于電力電子領(lǐng)域國(guó)際期刊IEEE Transactions on Power Electronics。信息學(xué)院2023級(jí)碩士研究生李晨曦為第一作者，王浩宇教授為通訊作者，上科大為第一完成單位。

圖2 所提出的小信號(hào)模型以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10740318