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《解放军信息工程大学》 2009年
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复杂开关型谐振变换器动态建模方法研究

王伟萍  
【摘要】:开关型功率变换器动态模型的建立是设计开关电源系统的关键。对于电路结构与工作过程复杂的开关型谐振变换器,如有源箝位推挽倍压变换器和全桥并联谐振倍压变换器,采用现有方法对其建模困难重重,难以得到准确模型,这就极大地阻碍了开关电源设计者对开关变换器的进一步研究。 本课题主要研究复杂开关型谐振变换器动态建模方法,针对这类变换器电路结构及工作过程复杂的特点,从系统辨识角度提出了一种适用于复杂开关型谐振变换器小信号建模的新方法——差分方程参数拟合法。该方法将复杂的开关型谐振变换器看作一个黑匣子,仅由黑匣子的输入、输出数据中提取信息进行建模,从而避免了直接分析变换器的工作机理,解决了一直以来对这类变换器建模难以入手的问题;而且,该方法将PWM型和PFM型开关功率变换器的小信号建模问题统一到了同一个思路上,与之前的建模方法对比,大大降低了对开关型功率变换器尤其是PFM型开关功率变换器小信号建模的难度。 本文首先对开关调压系统的的组成及各环节的动态模型进行了分析,重点研究了开关型功率变换器的电路特点;在此基础上,提出了适用于复杂开关型谐振变换器小信号建模的差分方程参数拟合法,对算法原理进行了理论推导,并阐述了该方法在PWM型和PFM型开关功率变换器小信号动态建模中的应用;然后,采用该方法对四种基本的开关型功率变换器——Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk进行小信号建模,并将所得模型与前人采用状态空间平均法所得模型进行对比,从对比情况来看,差分方程参数拟合法所建模型比状态空间平均法所建模型精确;接着,采用该方法对复杂开关型谐振变换器——PWM型ACPDC和PFM型FPRDC成功建模,说明了该方法比状态空间平均法适用范围广,不仅适用于PWM型开关功率变换器的动态建模,而且也适用于PFM型开关功率变换器的动态建模;不仅适用于简单的开关型功率变换器的动态建模,而且也适用于复杂的开关型谐振变换器的动态建模。最后,将该方法开发为可供电源设计者使用且操作简单的开关型功率变换器模型辨识软件包。
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