[发明专利]一种隔离半桥变换器及其建模与环路参数设计方法

说明书

一种隔离半桥变换器的建模与环路参数设计方法，属于电力电子变换技术领域，解决如何高效且精准地实现隔离半桥变换器由直流低压到直流高压的快速稳定输出的问题，利用能量守恒原理对隔离半桥变换器主电路进行建模，得到隔离半桥变换器主电路的开环传递函数；设计隔离半桥变换器闭环控制系统，得到无补偿情况下隔离半桥变换器控制系统的开环传递函数；设置相应的穿越频率和相位裕度，得到补偿网络传递函数，利用补偿网络对隔离半桥变换器进行系统校正；本发明模型的精度更高，在高精度模型的基础上得到补偿网络传递函数，对隔离半桥变换器的输出电压进行闭环调节，使隔离半桥变换器高效且精准地实现由直流低压到直流高压的快速稳定输出。

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，更具体涉及一种隔离半桥变换器及其建模与环路参数设计方法。

背景技术

隔离半桥变换器因结构简单和抗干扰能力强等优点，被广泛应用于电网的中小功率离线式变换器当中。隔离半桥变换器是高阶、非线性、离散系统，因此其电路动态解析的分析方法复杂，而为解决工程应用中变换器的设计问题，建模分析是必不可少的环节。

解析建模法是变换器建模的一种重要方法，例如文献公开日期为2017年的文献《半桥LLC谐振变换器的控制环路设计》(东南大学，罗阳)首先研究了半桥LLC谐振变换器的工作原理，详细分析了初级开关管的ZVS及次级整流二极管的ZCS软开关过程。接着使用基波等效(FHA)的方法简化LLC谐振电路，利用Matlab软件对其等效电路进行了仿真，分析了稳态特性。随后给出了谐振槽谐振元件参数的设计步骤，并对参数进行了完整设计。在此基础上，对半桥LLC谐振变换器采用扩展描述函数(EDF)的方法进行了小信号建模，利用Matlab软件仿真验证了小信号模型，根据小信号模型的动态特性曲线，指导设计控制环路。最后利用PSIM软件搭建了半桥LLC谐振变换器闭环系统,仿真分析了变换器的稳态性能、动态性能，并验证了控制环路设计的正确性和有效性。然而上述文献采用的解析法是在理想状态下的建模，未考虑变换器寄生参数的影响，不利于提高建模精度。在控制环路参数的设计中，试凑法是过去最常用的一种，但是试凑法存在效率低，精度差的问题，目前还缺少一种高效、精准的控制策略及相应控制环路的参数设计方法。电路建模是控制环路参数设计中不可缺少的，目前的建模方法没有完全考虑寄生参数的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何高效且精准地实现隔离半桥变换器由直流低压到直流高压的快速稳定输出。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种隔离半桥变换器的建模与环路参数设计方法，所述的隔离半桥变换器包括：直流电源V_I，功率开关管S₁、功率开关管S₂，变压器T，二极管D₁、二极管D₂，滤波电容C，负载电阻R，电感L；所述的直流电源V_I由两个相同的直流电源V_I/2串联构成，所述的功率开关管S₁与功率开关管S₂串联后构成半桥的桥臂，桥臂的上端与直流电源V_I的正极连接，桥臂的下端与直流电源V_I的负极连接，变压器T的一次侧的两个输入端分别与两个直流电源V_I/2的串联公共点以及桥臂的中点连接；二极管D₁的阳极与变压器T的二次侧的第一输出端连接，二极管D₁的阴极与电感L的一端连接，电感L的另一端与滤波电容C与负载电阻R的一个并联公共端连接，滤波电容C与负载电阻R的另一个并联公共端与变压器T的二次侧的第二输出端连接，二极管D₂的阳极连接在变压器T的二次侧的第三输出端，二极管D₂的阴极与二极管D₁的阴极连接，所述的建模与环路参数设计方法包括以下步骤：

S1、利用能量守恒原理对隔离半桥变换器主电路进行建模，得到隔离半桥变换器主电路的开环传递函数；