[发明专利]一种CLLLC谐振电路小信号建模方法

说明书

本发明公开了一种CLLLC谐振电路小信号建模方法，对电路进行模态分析，结合电路原理建立拓扑的非线性状态方程，利用扩展描述函数法将其中的非线性量转换为耦合的线性量，能得到反应电路特性的状态空间方程。对其中变量的精确的近似简化和等效，可以得到较为准确的稳态值。利用推导出的大信号等效模型和S域小信号模型，对PFM调制下的CLLLC系统的影响进行研究，揭示了电路参数以及输入的控制量对系统作用的本质。从而为PFM调制方式下的CLLLC电路的控制和稳定性分析等相关研究工作提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种CLLLC谐振电路小信号建模方法。

背景技术

随着新能源汽车、直流微网以及储能行业的快速发展，隔离型的双向DC-DC变换器得到了广泛的研究和应用。CLLLC谐振变换器具有自然的软开关特性，以及其控制算法简单、功率传输效率高、功率大等特点成为了近年来的研究热点。

对于CLLLC谐振拓扑，基波近似(First Harmonic Approximation，FHA)方法逐渐成为其主要的建模方法，它将谐振腔的输入、输出电压近似为其基波分量，将对拓扑的分析转为对正弦稳态电路的分析。但是FHA方法的弊端在于其模型精度不高，当开关频率偏离谐振频率越多的时候，这种近似方法的偏差会更大。模态分析(Operation Mode Analysis，OMA)方法依靠对工作模态的分析，从时域的角度解释了各模态的出现。通过对各个工作模式建立时域的解析表达式并通过非线性方程组求解，可以准确的获得系统的谐振行为和增益特性。但其缺陷在于求解非线性方程组的运算量巨大，且和上述的方法相同都属于稳态分析的方法，无动态分析的能力，不利于工程应用。

状态空间平均模型是目前应用最广的DC-DC电路建模方法。它在忽略高频开关纹波后可以建立系统的平均等效电路，直观且便于分析。然而，谐振变换器的状态变量中含有高频的开关纹波分量，无法满足传统的状态空间平均法中的小纹波假设。而扩展描述函数(Extended Describing Function,EDF)方法把谐振腔中的状态变量分解为实部和虚部，分别对应基波分量的正弦部分和余弦部分，可以解决等效电路模型中含有复阻抗以及受控源的系数含虚数的问题。

发明内容

本发明的目的是针对目前主流模型或精确度低或求解复杂的情况，提供一种CLLLC谐振电路小信号建模方法。

具体技术方案如下：

一种CLLLC谐振电路小信号建模方法，包括以下步骤：

步骤1，根据CLLLC谐振电路电路的工作原理，分析电路的工作模态后定义出所需的状态量；

谐振腔输入电压V_AB给电感L_r1充电，给电容C_r1放电，同时谐振电感L_r1的电流大于励磁电感L_m的电流，有电流I_p其值为I_Lr1(t)-I_Lm(t)通过变压器向副边传输，副边谐振腔的电流I_Lr2＝n×I_p,该电流经过全桥整流后向输出电容C_out以及负载R_L供电，励磁电感电流在此模态的时间里从初始值线性上升至峰值，谐振电感电流随着谐振腔的充放电过程先上升后下降，呈现为一正弦波形，当谐振电感的电流和励磁电感的电流相等，进入下一模态；