[发明专利]一种基于有效占空比的移相全桥ZVS变换器建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种移相全桥ZVS变换器建模方法，尤其涉及一种基于有效占空比的移相全桥ZVS变换器建模方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

为了克服DC-DC开关变换器工作在硬开关状态下引起的各种问题，软开关技术应运而生，它通过引入辅助谐振电路，达到降低开关损耗、提高转换效率及改善电磁干扰的目的。移相全桥ZVS变换器便是近年来得到广泛应用的一种软开关结构。

作为一个非线性时变系统，DC-DC开关变换器不能直接运用拉氏变换等经典的线性分析方法，为了揭示电路的电学特性和物理本质，必须建立其等效模型，并通过分析指导电路的设计。

与硬开关变换器相比，软开关变换器的元器件数量有所增加，而且存在包括谐振在内的多种工作状态（以移相全桥ZVS变换器为例，一个周期内存在12种工作状态），电路结构和工作过程都更加复杂。因此，对软开关变换器进行深入的建模分析更是其设计过程中必不可少的内容；同时，软开关的这些特点也使得传统的建模方法如状态空间平均法等不再适用，给建模工作增加了难度。综上所述，研究简单、精确的软开关变换器建模方法是电力电子领域的一个重要研究内容。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于有效占空比的移相全桥ZVS变换器建模方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于有效占空比的移相全桥ZVS变换器建模方法，包括以下步骤：

（1）建立Buck变换器的平均线性模型：所述的Buck变换器由输入电压源U1、功率开关器件S、二极管Q、储能电感L、滤波电容C及负载电阻R组成；功率开关器件S一端连接输入电压源U1正极，另一端同时连接二极管Q负极和储能电感L的一端；储能电感L的另一端与滤波电容C相连；滤波电容C的另一端同时连接输入电压源U1负极和二极管Q正极；负载电阻R与滤波电容C并联；将功率开关的周期性导通、关断所引起的不同状态，根据它们在一个周期内各自所占的时间比重取加权平均，从而得到等效的平均线性模型；

（2）通过引入有效占空比，并分析移相全桥ZVS变换器的工作过程，推导移相全桥ZVS变换器有效占空比的表达式：所述的移相全桥ZVS变换器包括输入电压源U2、变压器、连接于所述变压器原边的全桥逆变电路、连接于所述变压器副边的整流电路、连接于所述整流电路输出端的滤波电路及负载；所述的整流电路包括两个二极管D₅、D₆，两个二极管D₅、D₆的阳极分别连接于所述变压器副边的两端，阴极共同连接于所述滤波电路的一端；所述滤波电路包括滤波电感L0及滤波电容C0，其中，滤波电感L0的一端连接所述整流电路中两个二极管D₅、D₆的阴极，滤波电感L0的另一端与滤波电容C0串联，滤波电容C0的另一端与所述变压器副边的中心抽头连接；所述负载包括一个电阻R0，与所述滤波电路中的滤波电容C0并联；所述的全桥逆变电路包括超前桥臂、滞后桥臂及谐振电感L_r；所述超前桥臂由两个功率开关器件Q₁、Q₃串联组成，两个功率开关器件Q₁、Q₃分别与两个二极管D₁、D₃、两个电容C₁、C₃并联，两个功率开关器件Q₁、Q₃的连接节点与所述谐振电感L_r的一端相连；所述滞后桥臂由两个功率开关器件Q₂、Q₄串联组成，两个功率开关器件Q₂、Q₄分别与两个二极管D₂、D₄、两个电容C₂、C₄并联，两个功率开关器件Q₂、Q₄的连接节点与所述变压器原边的一端连接；所述谐振电感L_r与所述变压器原边串联连接；所述的超前桥臂中的两个功率开关器件Q₁、Q₃互补导通，所述的滞后桥臂中的两个功率开关器件Q₂、Q₄互补导通，且所述超前桥臂以一定的相位差领先于所述滞后桥臂导通；所述有效占空比表示负载能量由输入电压源、而不是电感储能提供的状态在一个周期内所占的时间比重，其表达式为