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DC-DC开关变换器的非线性分析及拓扑研究

林波涛  
【摘要】:本文着重研究了DC-DC开关变换器的分析和综合理论的一些主要问题. 一、分析理论研究: 在回顾已有分析方法的基础上,本文认为,建立系统的开关变换器的分析理论,特别是非线性分析理论的时机已经成熟.围绕开关变换器的非线性分析问题,本文进行了如下研究(第二至第七章): (1)提出了高频网络平均法,从电路的角度统一了传统PWM变换器和准谐振类变换器的分析,揭示了两类变换器的内在关系. (2)把等效小参量法应用于变换器的分析,系统建立了变换器的渐近分析理论.该方法可求出纹波的解析解,并可分析瞬态过程,计算量少、精度高,基本解决了变换器的分析问题;同时证明了平均法(如高频网络平均法)是渐近方法的首阶近似. (3)从渐近分析的角度讨论了状态空间平均法的合理性及适用范围,并探讨了变换器的稳定性问题.闭环工作的变换器是一复杂的非线性系统,具有丰富的动力学性质.而建立闭环模型是研究这些性质的关键.本文还讨论了从滑动模控制理论(Sliding-Mode ControD建立闭环模型的可能性及需要解决的问题. 二、综合理论与实验研究(第八章): 综合方面,总结了拓扑研究的方法,并认为软开关技术(准谐振变换器)是开关变换器的发展方向.本文提出了一种综合准谐振类变换器的系统方法.首先,将PWM开关模型的概念推广到包含所有PWM变换器的建模.然后,对PWM开关增加适当的LC元件和辅助开关,即可获得各类准谐振开关模型(即获得了相应的准谐振变换器(QRC),包括近年来备受关注的有源箝位(actively-clamped)零电压开关准谐振变换器(AC-ZVS-QRC)).相应的直流及交流小信号特性也可基于对这些模型的分析来获得.另外,本文还严格证明了零电压开关准谐振变换器(ZVS-QRC)和零电流开关准谐振变换器(ZCS-QRC)是对偶网络,即对于任一ZVS-QRC,总存在一个ZCS-QRC是它的对偶电路,反之亦然.因而,本文只综合、分析了ZVS-QRC,相应的ZCS-QRC及其特性可通过对偶原理来获得. 在附录中,给出了模拟电路侦错及神经网络的一些结果. 本文的研究具有一定的系统性.主要结果已写成论文25篇,其中包括IEEETransactions和电子学报刊登的4篇,核心期刊的5篇,会议文集的8篇.


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