支持QC与PD协议的多模式开关电源仿真建模与交互特性分析

摘要

面向移动终端快充电源在多协议、多电压档位和负载扰动条件下的动态交互问题，基于本地工程 FastCharge_MultiMode_PowerSim 建立了支持 QC 与 USB PD 简化交互的多模式 Buck 开关电源仿真模型。工程主模型为 main/fastcharge_multimode_main.slx，根目录 fastcharge_multimode_main.slxc 为缓存文件。模型由 QC 控制器、PD 控制器、协议管理器、参考电压斜率管理器、离散 PID 控制器、PWM 发生器、平均 Buck 功率级、保护与结果记录模块组成。功率级采用离散平均 Buck 模型，而非 Simscape Electrical 器件级开关拓扑；协议层采用 MATLAB Function Block 构造离散状态逻辑，而非传统 Stateflow 图形状态机。仿真结果表明，在 24 V 输入、47 μH 电感、470 μF 输出电容和 20 μs 控制采样周期条件下，5 V 启动、QC 9 V 切换和 PD 20 V 切换均可完成目标电压跟踪；QC 5 V 至 9 V 切换后进入 2% 误差带的时间约为 6.38 ms，PD 20 V 切换约为 23.44 ms。负载阶跃和输入扰动会引起更显著的瞬态偏差，其中输入 24 V 至 20 V 扰动工况最大输出电压达到 10.566 V。故障超时工况触发锁存保护，系统回退至 5 V 目标并关闭控制输出。研究表明，该工程模型能够反映“协议请求-参考电压生成-闭环占空比调节-功率级响应”之间的协同关系，可用于快充协议控制策略的早期验证；其局限在于未实现完整 USB PD 物理层、未引入器件级开关损耗与热模型，后续可扩展为 Simscape Electrical 开关级模型。

关键词：QC协议；USB PD；Buck变换器；离散PID；多模式切换；快充电源；Simulink仿真

1 引言

移动终端与便携式电子设备的充电功率持续提高，使开关电源不再仅承担固定电压稳压功能，而需要在通信协议、控制算法和功率级动态之间形成协同。QC 类快充通常通过 D+/D- 电平组合表达电压请求，USB PD 则通过 Type-C CC 通道和功率数据对象完成电压、电流能力协商。对仿真建模而言，完整重现协议物理层并非所有设计阶段的必要条件；在控制策略验证和系统级交互分析阶段，更关键的问题是：协议请求如何转化为目标电压，目标电压如何平滑施加给闭环控制器，以及功率级在模式切换和扰动下是否保持可接受的动态性能。

本文严格依据工程目录 E:\python_project\QC_Simulink\FastCharge_MultiMode_PowerSim\ 中的模型、脚本和结果数据展开分析。工程由 main/build_fastcharge_model.m 程序化生成 Simulink 主模型，仿真脚本 scripts/run_all_cases.m 定义了 7 组工况，结果文件保存在 data 和 results 目录。需要说明的是，当前模型为可执行的系统级平均模型：Buck 功率级由 MATLAB Function Block 中的差分方程实现；QC 与 PD 均为简化协议交互模型；slprj 目录和 .slxc 文件仅作为缓存，不作为模型事实的主要依据。

2 系统总体方案设计

系统总体结构如图1所示。输入工况由 From Workspace 块提供，包括 mode_sel、DP_level、DM_level、cc_attach、sink_request_idx、Vin_in、Rload_in、qc_timeout_flag 和 pd_timeout_flag。协议层首先由 QC_Controller 和 PD_Controller 分别计算请求电压和有效标志，再由 Protocol_Manager 根据模式选择和保护状态生成 target_voltage。随后，Vref_Manager 对目标电压进行斜率限制，Discrete_PID_Controller 根据输出反馈计算占空比，Buck_PowerStage 按平均模型更新电感电流和输出电压，Measurement_Protection 对过压、过流、欠压和协议超时进行锁存保护。

表1 系统总体模块及功能说明表

模块	功能	论文对应内容
QC_Controller	DP/DM 电平识别，输出 QC 请求电压	协议交互建模
PD_Controller	CC attach、PDO 请求、合同建立与回退	协议交互建模
Protocol_Manager	模式仲裁、目标电压选择、故障回退	模式切换机制
Vref_Manager	参考电压斜率限制，降低切换突变	控制策略
Discrete_PID_Controller	离散 PID、限幅、抗积分饱和	控制策略
PWM_Generator	占空比限幅和 PWM 日志信号生成	控制与记录
Buck_PowerStage	离散平均 Buck 功率级	功率级建模
Measurement_Protection	OVP/OCP/UVLO/协议超时锁存	保护机制
Result_Logging	14 路时间序列保存	结果分析

模型的主信号流可表示为

{ u m o d e , V D P , V D M , s C C , i P D O } → V t a r → V r e f → D → ( v o , i L , i o ) → e v , p f a u l t . \{u_{\mathrm{mode}},V_{DP},V_{DM},s_{CC},i_{\mathrm{PDO}}\}\to V_{\mathrm{tar}}\to V_{\mathrm{ref}}\to D\to(v_{o},i_{L},i_{o})\to e_{v},p_{\mathrm{fault}}. {umode​,VDP​,VDM​,sCC​,iPDO​}→Vtar​→Vref​→D→(vo​,iL​,io​)→ev​,pfault​.

式中，($u_{\mathrm{mode}}$) 为模式选择信号，($V_{DP},V_{DM}$) 为 QC 电平，($s_{CC}$) 为 PD 连接状态，($i_{\mathrm{PDO}}$) 为 PD 请求索引，($V_{\mathrm{tar}}$) 为协议目标电压，($V_{\mathrm{ref}}$) 为限斜率后的控制参考，($D$) 为占空比，($p_{\mathrm{fault}}$) 为保护标志。

3 多模式 Buck 功率级建模

当前工程的功率级文件说明 power_stage/build_buck_powerstage.m 明确指出：模型类型为“averaged discrete Buck model for batch simulation”，可在后续替换为 Simscape Electrical 器件级模型。因此本文功率级分析以平均 Buck 模型为对象，不宣称已建立真实 MOSFET、二极管或同步整流开关级拓扑。

表2 主要电路参数表

参数	数值	单位	来源
输入电压 (V_{in})	24	V	scripts/init_params.m
开关频率 (f_s)	100000	Hz	scripts/init_params.m
控制采样周期 (T_s)	20e-6	s	scripts/init_params.m
电感 (L)	47e-6	H	scripts/init_params.m
电感电阻 (r_L)	55e-3	Ω	scripts/init_params.m
输出电容 (C_o)	470e-6	F	scripts/init_params.m
电容 ESR	30e-3	Ω	scripts/init_params.m
负载范围	4-80	Ω	scripts/init_params.m
电压档位	5/9/12/20	V	scripts/init_params.m
占空比上限	0.92	-	scripts/init_params.m

理想 Buck 在连续导通模式下满足
$$v_L=\{\begin{array}{llcc}{V}_{in}-v_o-r_L{i}_L,& S=1,& & \\ -v_o-r_L{i}_L,& S=0,& & \end{array}$$
$$i_C=i_L-\frac{v_o}{R}.\text{\hspace{1em}(3)}$$
在平均模型中，开关状态由占空比 (D) 加权，工程 Buck_PowerStage/Logic 实际采用的连续形式可写为
$$\frac{d{i}_L}{dt}=\frac{D{V}_{in}-v_C-r_L{i}_L}{L},\frac{d{v}_C}{dt}=\frac{i_L-v_C/R}{C_o}.\text{\hspace{1em}(4)}$$
离散实现为显式欧拉格式：
$$i_L[k+1]=i_L[k]+T_s\frac{D[k]V_{in}[k]-v_C[k]-r_L{i}_L[k]}{L},\text{\hspace{1em}(5)}$$

$$v_C[k+1]=v_C[k]+T_s\frac{i_L[k+1]-v_C[k]/R[k]}{C_o}.\text{\hspace{1em}(6)}$$
稳态 CCM 条件下，忽略寄生参数时有
$$V_o\approx D{V}_{in}.\text{\hspace{1em}(7)}$$
考虑电感电阻时，
$$V_o\approx D{V}_{in}-r_L{I}_L.\text{\hspace{1em}(8)}$$
电感纹波和输出电压纹波可用工程参数估算为
$$\Delta i_L\approx \frac{(V_{in}-V_o)D}{L{f}_s},\text{\hspace{1em}(9)}$$

$$\Delta v_o\approx \Delta i_L\left(\frac{1}{8C_o{f}_s}+ESR\right).\text{\hspace{1em}(10)}$$
上述纹波公式用于理论估算和效率脚本中的电容 ESR 损耗估计；由于主仿真功率级采用平均模型，时间序列中的高频开关纹波不会等价于器件级 PWM 纹波。

开关导通与关断状态空间模型可写为
$$\dot{x}=A_{1}x+B_1{V}_{in},A_1=\left[\begin{array}{cc}-r_L/L& -1/L\\ 1/C_o& -1/(R{C}_o)\end{array}\right],B_1=\left[\begin{array}{c}1/L\\ 0\end{array}\right],\text{\hspace{1em}(11)}$$

$$\dot{x}=A_{0}x+B_0{V}_{in},A_0=A_1,B_0=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\right],\text{\hspace{1em}(12)}$$

其中 ($x=[i_L{v}_o{]}^T$)。平均状态空间方程为

$$\dot{x}=Ax+BD{V}_{in},A=A_1,B=\left[\begin{array}{c}1/L\\ 0\end{array}\right].\text{\hspace{1em}(13)}$$

在工作点 ($(D_0,V_{in0},x_0)$) 附近，小信号模型为

$$\Delta \dot{x}=A\Delta x+B{V}_{in0}\Delta d+B{D}_0\Delta v_{in}.\text{\hspace{1em}(14)}$$
若忽略 ($r_L$) 并取输出为 ($v_o$)，控制到输出传递函数近似为

$$G_{vd}(s)=\frac{\Delta v_o(s)}{\Delta d(s)}=\frac{V_{in}}{L{C}_o{s}^2+\frac{L}{R}s+1}.\text{\hspace{1em}(15)}$$

4 QC 与 PD 协议交互建模

QC 模块由 protocol/build_qc_logic.m 和 main/build_fastcharge_model.m 中的 qcCode() 共同描述。状态编号为 IDLE、DETECT、NEGOTIATE、SET_VOLTAGE、HOLD 和 FAULT。电平容差为 0.35 V，检测时间为 1 ms，设置保持时间为 3 ms。

QC 判定逻辑形式化为
$$V_{\mathrm{QC}}=\{\begin{array}{ll}9,& |V_{DP}-3.30|<0.35\wedge |V_{DM}-0.60|<0.35,\\ 12,& |V_{DP}-0.60|<0.35\wedge |V_{DM}-3.30|<0.35,\\ 5,& |V_{DP}-0.60|<0.35\wedge |V_{DM}-0.60|<0.35,\\ 5,& \mathrm{otherwise}.\end{array}\text{\hspace{1em}(16)}$$
有效标志可写为
  q v a l i d = { 1 , V Q C ∈ { 5 , 9 , 12 }  且电平组合有效 , 0 , 无效电平或故障 .   (17) \ q_{\mathrm{valid}}= \begin{cases} 1, & V_{\mathrm{QC}}\in\{5,9,12\}\ \mathrm{且电平组合有效},\\ 0, & \mathrm{无效电平或故障}. \end{cases} \tag{17} \  qvalid​={1,0,​VQC​∈{5,9,12} 且电平组合有效,无效电平或故障.​ (17)
PD 模块由 PD_Controller/Logic 实现简化协商。它不实现完整 BMC 编码、CRC、GoodCRC 或完整策略引擎，而是以 cc_attach 和 sink_request_idx 表示连接和请求结果。PDO 配置为 ([5,9,12,20]) V，对应电流 ([3.0,3.0,2.5,1.5]) A。

PD 请求电压可表示为
$$V_{\mathrm{PD}}(i)=\{\begin{array}{ll}5,& i=1,\\ 9,& i=2,\\ 12,& i=3,\\ 20,& i=4.\end{array}\text{\hspace{1em}(18)}$$
合同建立条件为
$$c_{\mathrm{PD}}=(s_{CC}>0.5)\wedge (1\le i_{\mathrm{req}}\le 4)\wedge ({\tau }_{\mathrm{msg}}\ge 1\mathrm{ms})\wedge ({\tau }_{\mathrm{tr}}\ge 4\mathrm{ms}).\text{\hspace{1em}(19)}$$
超时回退机制为
$$n_{\mathrm{retry}}<2\Rightarrow \mathrm{retry},n_{\mathrm{retry}}\ge 2\Rightarrow V_{\mathrm{tar}}=5\mathrm{V}.\text{\hspace{1em}(20)}$$
表3 QC 与 PD 协议模式对比表

模式	判定信号	输出档位	时间参数	回退策略
QC简化模式	DP/DM 电平组合	5/9/12 V	1 ms 检测，3 ms 设置保持	无效电平或超时回退 5 V
PD简化模式	CC attach 与 PDO 索引	5/9/12/20 V	1 ms 消息，4 ms 功率切换，最多2次重试	请求无效或超时后回退 5 V

5 控制策略与模式切换机制

协议管理器根据 mode_sel 在 QC 和 PD 间选择目标电压。若保护触发，则强制回退 5 V，并将 mode_active 置零。其逻辑可写为
$$V_{\mathrm{tar}}=\{\begin{array}{ll}{V}_{\mathrm{QC}},& mode=1\wedge q_{\mathrm{valid}}=1\wedge p_f=0,\\ V_{\mathrm{PD}},& mode=2\wedge c_{\mathrm{PD}}=1\wedge p_f=0,\\ 5,& p_f=1\mathrm{或协议无效}.\end{array}\text{\hspace{1em}(21)}$$

参考电压管理器对目标电压施加斜率限制，工程设定为 900 V/s。在 20 μs 采样下，单步变化量为
$$\Delta V_{\mathrm{ref},\max }=900\times 20\times 10^{-6}=0.018\mathrm{V}.\text{\hspace{1em}(22)}$$
离散更新为
$$V_{\mathrm{ref}}[k+1]=\{\begin{array}{ll}{V}_{\mathrm{ref}}[k]+\Delta V_{\max },& V_{\mathrm{ref}}[k]<V_{\mathrm{tar}}-\Delta V_{\max },\\ V_{\mathrm{ref}}[k]-\Delta V_{\max },& V_{\mathrm{ref}}[k]>V_{\mathrm{tar}}+\Delta V_{\max },\\ V_{\mathrm{tar}},& \mathrm{otherwise}.\end{array}\text{\hspace{1em}(23)}$$

电压误差定义为
$$e[k]=V_{\mathrm{ref}}[k]-V_o[k].\text{\hspace{1em}(24)}$$
离散 PID 控制律为
$$u_{\mathrm{unsat}}[k]=K_{p}e[k]+I[k]+K_d\frac{e[k]-e[k-1]}{T_s},\text{\hspace{1em}(25)}$$

$$D[k]=\mathrm{sat}\left(u_{\mathrm{unsat}}[k],D_{\min },D_{\max }\right).\text{\hspace{1em}(26)}$$

工程中 ($K_p=0.040$)、($K_i=55.0$)、($K_d=0$)，实际为 PI 控制。抗积分饱和条件为
$$I[k+1]=\{\begin{array}{ll}I[k]+K_{i}e[k]T_s,& u_{\mathrm{unsat}}=D[k]\\ I[k]+K_{i}e[k]T_s,& D[k]=D_{\max }\wedge e[k]<0\\ I[k]+K_{i}e[k]T_s,& D[k]=D_{\min }\wedge e[k]>0\\ I[k],& \mathrm{otherwise}.\end{array}\text{\hspace{1em}(27)}$$

故障保护触发时，
$$p_f=1\Rightarrow I[k]=0,D[k]=0.\text{\hspace{1em}(28)}$$
表4 控制器参数表

参数	数值	单位	来源
(K_p)	0.040	-	init_params.m
(K_i)	55.0	1/s	init_params.m
(K_d)	0	s	init_params.m
(T_s)	20e-6	s	init_params.m
(D_{\min})	0	-	init_params.m
(D_{\max})	0.92	-	init_params.m
参考电压斜率	900	V/s	init_params.m
保护动作	积分清零，占空比置零	-	build_fastcharge_model.m

6 仿真方案设计与实验设置

仿真由 scripts/run_all_cases.m 统一执行，停止时间为 0.08 s。脚本运行后将时间序列保存至 data/case*.mat，并将汇总结果保存至 results/case_summary.csv。参数初始化、协议初始化、批量仿真与绘图流程如图8所示。

表5 仿真实验工况表

工况	名称	目的	关键条件
1	case01_startup_5v	5 V 启动	mode=1，DP/DM=0.6/0.6
2	case02_qc_9v_switch	QC 5 V 至 9 V	20.02 ms 后 DP=3.3，DM=0.6
3	case03_pd_20v_transition	PD 握手至 20 V	mode=2，4.02 ms 后 CC attach，PDO index=4
4	case04_protocol_mismatch_5v	QC 非法电平回退	DP/DM=3.3/3.3
5	case05_load_step	12 V 负载阶跃	30/55 ms 负载变化
6	case06_input_disturbance	9 V 输入扰动	32/55 ms 输入 24-20-24 V
7	case07_timeout_fault	PD 超时故障	35.02 ms 触发 PD timeout

动态指标按下式统计：
$$t_r=t(v_o:0.9V_f)-t(v_o:0.1V_f),\text{\hspace{1em}(29)}$$

  t s = min ⁡ { t : ∣ v o ( t ) − V f ∣ ≤ 0.02 V f } ,   (30) \ t_s=\min\{t: |v_o(t)-V_f|\le 0.02V_f\}, \tag{30} \  ts​=min{t:∣vo​(t)−Vf​∣≤0.02Vf​}, (30)

$$M_p=\frac{v_{o,\max }-V_f}{V_f}\times 100\%,\text{\hspace{1em}(31)}$$

$$e_{ss}={\overline{v_o(t)}}_{t\in [T_f-5\mathrm{ms},T_f]}-V_f,\text{\hspace{1em}(32)}$$

$$k_r=\frac{v_{o,\max }-v_{o,\min }}{\overline{v_o}}\times 100\%.\text{\hspace{1em}(33)}$$

负载调整率和输入电压调整率可分别表示为
$$S_R=\frac{\Delta V_o/V_o}{\Delta R/R},S_V=\frac{\Delta V_o/V_o}{\Delta V_{in}/V_{in}}.\text{\hspace{1em}(34)}$$

效率估算由 scripts/estimate_efficiency.m 给出：
$$\eta =\frac{P_o}{P_o+P_{\mathrm{loss}}},\text{\hspace{1em}(35)}$$

$$P_{\mathrm{loss}}=P_{\mathrm{mos}}+P_{\mathrm{sync}}+P_{\mathrm{sw}}+P_L+P_C+P_{\mathrm{core}}.\text{\hspace{1em}(36)}$$

其中 ($P_{\mathrm{sw}}=0.5V_{in}{I}_o(t_r+t_f)f_s$)，属于参数化估算结果，不是器件级热仿真结果。

7 结果分析与讨论

5 V 启动工况中，参考电压由斜率管理器从 0 V 缓慢上升至 5 V，输出电压跟随参考电压上升。汇总结果显示最大输出为 5.0013 V，超调量约 1.30 mV，进入 2% 误差带时间约 10.02 ms。由于平均模型不包含开关纹波，末段峰峰波动为数值级微小量。

负载阶跃工况中，负载电阻由 24 Ω 降至 6 Ω 后再升至 18 Ω，电感电流与负载电流随输出功率需求同步变化。该工况最大输出电压为 12.2997 V，相对 12 V 目标存在约 0.2997 V 的瞬态峰值偏差，说明负载扰动比协议电压切换更容易激发闭环暂态。

QC 模式在 20.02 ms 改变 DP/DM 电平后，目标电压由 5 V 切换至 9 V，参考电压按 900 V/s 斜率上升，输出电压进入 2% 误差带的后事件时间约为 6.38 ms。PD 模式在 CC attach 与 PDO 请求后进入 20 V 档位，由于电压跨度更大，后事件进入 2% 误差带时间约为 23.44 ms。

表6 不同模式下输出性能指标对比表

工况	目标电压/V	最大输出/V	超调/V	稳定时间/s	末段误差/V	故障
case01_startup_5v	5	5.0013	0.0013	0.01002	3.71e-14	0
case02_qc_9v_switch	9	9.0008	0.0008	0.02640	-3.08e-11	0
case03_pd_20v_transition	20	20.0010	0.0010	0.02746	1.93e-10	0
case04_protocol_mismatch_5v	5	5.0013	0.0013	0.01002	3.71e-14	0
case05_load_step	12	12.2997	0.2997	0.02720	4.69e-6	0
case06_input_disturbance	9	10.5660	1.5660	0.01198	1.80e-6	0
case07_timeout_fault	5	12.0006	7.0006	0.01002	-4.9934	1

表7 模式切换动态指标统计表

工况	事件时间/s	切换前目标/V	切换后目标/V	达到2%带时间/s	后事件稳定时间/ms	峰值偏差/V
case02_qc_9v_switch	0.02002	5.000	9	0.02640	6.38	4.000
case03_pd_20v_transition	0.00402	3.618	20	0.02746	23.44	17.044
case05_load_step	0.03002	12.000	12	0.03004	0.02	0.375

表7中 PD 工况“切换前目标”为 3.618 V，是参考电压在 CC attach 事件时刻仍处于斜率上升过程中的瞬时值，并非协议档位值。这反映了 Vref_Manager 的限斜率作用：协议目标已经变为 20 V，但控制参考并非阶跃给定。

效率估算表明，5 V/10 W、9 V/18 W、12 V/24 W 和 20 V/30 W 工况下估算效率分别约为 94.59%、96.88%、97.62% 和 98.68%。该结果来自参数化损耗模型，并未考虑实际器件温升、驱动损耗、死区效应、磁芯频率特性和 PCB 寄生参数，因此适合作为系统级比较而非最终硬件效率预测。

表8 关键模块与对应 Simulink 实现方式对照表

关键模块	Simulink 实现	类型	来源
主模型	fastcharge_multimode_main.slx	Simulink 模型	main
QC协议	QC_Controller/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
PD协议	PD_Controller/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
模式仲裁	Protocol_Manager/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
参考电压	Vref_Manager/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
控制器	Discrete_PID_Controller/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
功率级	Buck_PowerStage/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
保护	Measurement_Protection/Logic	MATLAB Function Block	build_fastcharge_model.m
日志	Result_Logging/To Workspace	To Workspace	build_fastcharge_model.m

8 结论

本文基于真实 Simulink 工程对支持 QC 与 PD 协议的多模式开关电源进行了建模解读、图表生成和动态性能分析。工程主模型为 fastcharge_multimode_main.slx，并非仅有 .slxc 缓存；模型采用 MATLAB Function Block 实现协议状态逻辑、离散控制和平均 Buck 功率级。仿真结果表明，限斜率参考电压能够避免协议目标突变直接作用于控制器，QC 9 V 与 PD 20 V 切换均可实现稳定跟踪；其中 PD 由于电压跨度更大，动态过渡时间明显长于 QC。负载阶跃和输入扰动工况表明，闭环控制在稳态误差方面表现较好，但输入扰动下存在较大瞬态峰值，需要在后续设计中结合前馈、增益调度或更精细的补偿器整定进一步改善。

该模型的主要意义在于提供了“通信协议请求-控制参考管理-功率级响应-保护回退”的统一仿真框架，适合用于毕业设计阶段的多模式快充控制策略验证。模型局限也较明确：PD 仅为简化协商逻辑，未实现完整 USB PD 物理层和策略层；Buck 功率级为平均模型，未包含 Simscape Electrical 器件级开关过程；效率分析为参数化估算，未考虑热效应、EMI、死区时间和 PCB 寄生。后续可在保持协议管理接口不变的前提下，将 Buck_PowerStage 替换为 Simscape Electrical 开关级模型，并引入器件热网络与更完整的 PD 报文状态机。

论文素材清单

表格文件

表1 系统总体模块及功能说明表；表2 主要电路参数表；表3 QC 与 PD 协议模式对比表；表4 控制器参数表；表5 仿真实验工况表；表6 不同模式下输出性能指标对比表；表7 模式切换动态指标统计表；表8 关键模块与对应 Simulink 实现方式对照表。CSV 文件位于 tables/。

公式编号与用途

式(1)描述系统信号流；式(2)-(10)描述 Buck 基本关系与纹波估算；式(11)-(15)描述状态空间和小信号模型；式(16)-(23)描述 QC/PD 判定、合同和模式切换；式(24)-(28)描述离散控制与抗积分饱和；式(29)-(36)描述动态指标与效率估算。

关键参数来源

电路、控制、保护和损耗参数来自 scripts/init_params.m；QC/PD 协议参数来自 scripts/init_protocol.m；工况来自 scripts/run_all_cases.m；模型结构来自 main/fastcharge_multimode_main.slx 和 main/build_fastcharge_model.m；结果指标来自 data/case*.mat、results/case_summary.csv 与 thesis_outputs/tables/*.csv。

工程解读附录

工程目录树

FastCharge_MultiMode_PowerSim
├─ control
│  ├─ build_controller.m
│  ├─ build_protection.m
│  └─ pid_tune_init.m
├─ data
│  ├─ case01_startup_5v.mat
│  ├─ case02_qc_9v_switch.mat
│  ├─ case03_pd_20v_transition.mat
│  ├─ case04_protocol_mismatch_5v.mat
│  ├─ case05_load_step.mat
│  ├─ case06_input_disturbance.mat
│  └─ case07_timeout_fault.mat
├─ doc
├─ figures
├─ main
│  ├─ build_fastcharge_model.m
│  └─ fastcharge_multimode_main.slx
├─ power_stage
│  └─ build_buck_powerstage.m
├─ protocol
│  ├─ build_pd_logic.m
│  ├─ build_qc_logic.m
│  ├─ pdo_config.m
│  └─ qc_state_table.m
├─ results
│  ├─ case_summary.csv
│  ├─ case_summary.mat
│  ├─ efficiency_table.csv
│  └─ efficiency_table.mat
├─ scripts
│  ├─ estimate_efficiency.m
│  ├─ generate_thesis_assets.m
│  ├─ init_params.m
│  ├─ init_paths.m
│  ├─ init_protocol.m
│  ├─ plot_results.m
│  └─ run_all_cases.m
├─ slprj
└─ fastcharge_multimode_main.slxc

主模型识别说明

主模型为 main/fastcharge_multimode_main.slx。依据包括：run_all_cases.m 中明确加载该文件；MATLAB 可读取其顶层模块；顶层模块包含 QC、PD、协议管理、控制器、Buck 功率级、保护和日志。根目录 .slxc 为缓存文件，slprj 为编译缓存，不作为主模型。

脚本作用总结

build_fastcharge_model.m 程序化生成 Simulink 主模型；init_params.m 初始化电路、控制、保护和损耗参数；init_protocol.m 初始化 QC/PD 协议参数；run_all_cases.m 定义并运行 7 组工况；plot_results.m 生成原始结果图；estimate_efficiency.m 生成效率估算；generate_thesis_assets.m 为本文新增脚本，用于规范化论文图表。

结果文件用途总结

data/case*.mat 保存各工况时间序列日志；results/case_summary.csv 保存最大输出、超调、稳定时间和故障标志；results/efficiency_table.csv 保存输出档位、损耗分量和效率估算；thesis_outputs/figures 保存论文插图；thesis_outputs/tables 保存论文表格 CSV。

模型完整性与恢复依据

模型完整性方面，工程包含可打开的 .slx 主模型，不属于“只有 .slxc 缓存”的情况。当前未发现 .mdl、.mlx、.xlsx、.json、.yaml 或文档说明文件。doc 目录为空。模型未使用传统 Stateflow Chart，只有 MATLAB Function Block 对应的 Stateflow.EMChart；功率级不是 Simscape Electrical 器件级模型，而是离散平均 Buck 模型。上述边界均已在正文中明确说明。

需要源文件得请联系作者，制作不易，请各位看官老爷点个赞和收藏