电力电子技术是应用以开关方式工作的电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，电力电子技术经过半个世纪的发展，已经形成完整的理论和学科体系，并在工业中得到了广泛的应用。在21世纪，

电力电子技术

将会对人类社会的可持续发展、节能环保，以及工业的现代化进步发挥更大的推动作用。电力电子技术的进步与发展被各国专家学者视为人类社会的第二次电子革命。本领域的知名专家B.K. Bose教授认为： “电力电子技术在当今时代具有与计算机技术、通信技术和信息技术同等重要的作用，如果不是更重要的话。”DCDC开关变换器是电力电子技术应用的一个重要分支。采用高频开关DCDC变换器技术构成的高频开关电源从20世纪70年代开始，已经广泛地取代了线性调节式电源，得到了越来越多的应用，在电力电子应用领域，高频开关电源，无论是应用范围，还是应用数量都是任何其他电力电子电源无法比拟的。在20世纪末，在IT和通信产业需求的推动下，DCDC开关变换器技术和产业得到了迅猛的发展。在21世纪，受节能环保大趋势的推动，在新能源发电、大规模储能装置，以及电动汽车等领域，DCDC开关变换器技术更是发现了其新的应用领域。

DCDC开关变换器在应用过程中，通常希望其被控量即输出量（例如输出电流或输出电压）能够保持为恒定值或按照某种要求的规律运行，这就需要对被控量进行检测，然后反馈后与给定量进行比较，根据比较得到的差值按一定的控制策略施加相应的控制作用。因此，DCDC开关变换器在应用中构成了一个典型的闭环反馈自动控制系统。与所有的闭环反馈自动控制系统一样，DCDC开关变换器系统能够得到很好应用的前提是具有良好的稳定性、快速性和准确性，即系统首先需要是稳定的，同时还需要具有良好的动态特性和稳态精度。

为了达到上述目标，首先需要对DCDC开关变换器自身的动态特性有充分的了解。每一个开关变换器都有其独特的动态特性，这些独特的动态特性决定了开关变换器的动态响应，稳定性以及对输入电压和输出负载变化的敏感性。DCDC开关变换器是非线性变结构系统，在自动控制理论领域中是一类被称为本质非线性的对象，为了能够对此类控制对象进行有效的建模与分析，20世纪70年代陆续提出了一类基于变量开关周期平均的建模方法，经过此类平均化处理后的DCDC开关变换器对象虽然仍然是非线性的，但不再是本质非线性的，对于处理后的非线性对象再经过自动控制理论中常用到的线性化处理方法，就可以得到近似线性对象。有了DCDC开关变换器对象数学模型，就可以很方便地应用经典自动控制理论完成系统控制器的设计，从而完成整个闭环控制系统的设计。

在实际工程应用中，DCDC开关变换器的控制器通常都是用模拟电路实现的。近年来，随着数字控制芯片价格的不断下降。数字控制技术在中小功率DCDC开关变换器中的应用引起人们越来越多的兴趣。与传统的模拟控制技术相比，数字控制技术具有许多独特的优越性，如： 抗噪声能力强，对器件老化和环境因素变化不敏感，具有可编程性，这使其可以很容易通过数字芯片的相互通信对于多电源供电的数字系统实现系统级的协调，可以实时、在线地对控制器参数进行调节，可以方便地实现各种复杂的非线性控制算法等。

本书讨论了各类连续导电型和不连续导电型的DCDC PWM开关变换器的基本原理、基本的基于变量开关周期平均的建模方法、基于频域分析的系统控制器设计方法、基于数字控制理论的DCDC PWM开关变换器的数字控制器设计方法，以及相应的DSP实现。本书的目的是使读者能够将电力电子技术知识、自动控制理论知识，以及计算机控制理论知识结合起来，学会对由DCDC PWM开关变换器为对象构成的自动控制系统进行分析与设计的方法。

本书是作者在给本校电力电子与电力传动专业研究生授课讲义基础上编写的。第1章讨论了基本的PWM DCDC开关变换器在连续导电模式（CCM）与不连续导电模式（DCM）下的稳态工作原理,分析了电感、电容，以及开关元件的非理想特性对开关变换器稳态性能的影响以及开关变换器的效率问题。第2章主要介绍了对CCM模式下运行的开关变换器，如何利用开关周期平均以及低频小信号扰动法，建立开关变换器在某一稳态工作点附近的交流小信号线性模型的思路； 重点分析了两种常用的基本建模方法，即状态空间平均法和平均值等效电路法，在此基础上进一步讨论了DCDC开关变换器的统一电路模型。第3章讨论了线性系统闭环反馈控制系统的基本理论，包括开环系统以及闭环系统的频域分析方法，介绍了如何运用线性系统闭环反馈控制理论，设计出满意的闭环系统补偿网络，使得在CCM模式下运行的开关变换器满足要求的稳态和动态性能指标。第4章介绍了在不连续导电模式（DCM）下运行的DCDC变换器的建模与控制方法，讨论了DCM模式下DCDC变换器的平均开关模型，包括大信号稳态模型和交流小信号模型，并以DCM模式下工作的反激变换器为例，讨论了DCM模式开关变换器闭环控制器的设计方法。第5章讨论了电流控制型开关变换器的建模与控制方法，分析了采用电流控制时开关变换器在建模和控制器设计时所面对的一些特殊性问题。第6章介绍了计算机控制系统、数字控制系统、离散控制系统的基本概念和相关基础知识，包括： 信号的采样与重构、脉冲传递函数、离散系统的频域描述、离散系统的稳定性、稳态误差及动态特性分析方法。第7章讨论了DCDC开关变换器的数字补偿器或数字控制器的实用设计方法，包括基于连续系统设计方法的“间接设计法”，以及直接在离散域进行控制器设计的“直接设计法”。对于在实际中最常用的数字PID控制器也给予了充分的描述。第8章讨论了DCDC开关变换器的数字补偿器基于数字信号处理器DSP的具体实现。

本书在对上述内容进行讲解的同时，给出了很多实用的MATLAB分析程序，这可以使得那些对自动控制原理、计算机控制理论不是很熟悉的读者，也能够轻松地应用这些本书提供的程序完成对开关变换器的系统分析和控制器设计。

本书第2章到第7章内容由程红博士编写，第8章内容由博士研究生王俊编写。王聪教授编写了第1章内容，并对全书内容进行了规划与审核。在本书的编写过程中，学习并引用了国内外相关教材和重要文献，使作者受益匪浅，在此对文献作者表示衷心的感谢。研究生朱锦标、吴迪、高巧梅、冯强、张颖参与了本书大量插图绘制工作，在此一并表示感谢。本书可作为高等院校电气工程专业或自动化专业高年级本科生以及研究生的教学参考书，也可供从事电力电子技术研究的广大科技人员阅读。

本书涉及的内容繁多，而作者的学识有限，因此对各个章节的论述不够深入全面，书中一定有值得讨论之处，敬请广大读者予以批评指正。

编著

2013年3月于北京