[发明专利]一种电流断续模式下的通用开关变换器全阶动态建模方法

说明书

本发明公开了一种电流断续模式下的通用开关变换器全阶动态建模方法，构建待建模的目标变换器拓扑，将目标变换器用TIS模块和线性网络表达；确定TIS模块内部参数以及外部线性网络状态方程，构建TIS模块等效模型；构建DCM模式下TIS模块平均模型，包括稳态模型、大信号模型、全阶小信号模型；将DCM模式下TIS模块平均模型代入TIS模块等效模型，得到目标变换器的DCM模式下稳态模型、大信号模型以及全阶小信号模型。本发明把开关变换器中复杂的非线性部分的建模预先完成，可大大简化了用户建模的难度，提高建模分析的效率，适用于含有变压器和耦合电感的开关电源的稳态及动态建模，并且最后所得模型的频带宽度可达1/2开关频率以上，相较于传统的建模方法，有着更高的建模精度和有效频带宽度。

技术领域

本发明涉及电力变换器建模技术，具体涉及一种电流断续(DCM)模式下的通用开关变换器全阶动态建模方法。

背景技术

根据电感电流是否连续，变换器可以分为三种不同的工作方式，即连续工作模式(Continuous Conduction Mode，CCM)，断续工作模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)以及临界导通工作模式(Boundary Conduction Mode，BCM)。与CCM模式相比，DCM模式存在一个电感电流为零的子区间，使得输出整理二极管天然满足零电流关断(ZCS)，且在峰值相同的情况下，其整个周期内的平均电感电流较小，因此广泛地应用于轻载情况下。因此研究DCM模式下的变换器建模是必要的。

与CCM模式相比，DCM工作过程中电流纹波大，其电流为零的时间与电感电流大小相关，传统的DCM建模方法包括一阶平均模型，忽略负载电流动态过程对输出二极管导通时间d_off的影响，因此有较大建模误差，模型频带宽度仅为1/10开关频率。后有学者考虑了负载电流对二极管导通时间的动态影响，提出了全阶的DCM模型建模方法，但并未考虑元件寄生参数，模型频带宽度为1/5开关频率。还有研究者通过能量守恒原理，在考虑寄生参数情况下，提出了包含电感和一对互补开关器件的非线性模块的全阶DCM模型，随后应用在Boost变换器建模，模型频带宽度将近1/2开关频率。但此非线模块有一定的局限性，例如无法直接应用于含有多绕组感性元件的电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流断续模式下的通用开关变换器全阶动态建模方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电流断续模式下的通用开关变换器全阶动态建模方法。

一种电流断续模式下的通用开关变换器全阶动态建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，构建待建模的目标变换器拓扑，将目标变换器用TIS模块和线性网络表达；

步骤2，确定TIS模块内部参数以及外部线性网络状态方程，构建TIS模块等效模型；

步骤3，构建DCM模式下TIS模块平均模型，包括稳态模型、大信号模型、全阶小信号模型；

步骤4，将DCM模式下TIS模块平均模型代入TIS模块等效模型，得到目标变换器的DCM模式下稳态模型、大信号模型以及全阶小信号模型。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明采用通用模块对开关电源拓扑中的非线性部分进行统一表达，模块内部封装了包含漏感的通用耦合电感、开关元件，把开关变换器中复杂的非线性部分的建模预先完成，可大大简化了用户建模的难度，提高建模分析的效率，适用于含有变压器和耦合电感的开关电源的稳态及动态建模，并且最后所得模型的频带宽度可达1/2开关频率以上，相较于传统的建模方法，有着更高的建模精度和有效频带宽度。

附图说明

图1为包含通用TIS模块的开关电源等效电路示意图。

图2为DCM模式下通用TIS模块的稳态模型示意图。