[发明专利]基于信号流图法的断续导电模式DC/DC变换器建模方法

说明书

本发明属于电力电子技术领域，公开了一种基于信号流图法的断续导电模式DC/DC变换器建模方法，对断续导电模式DC/DC变换器稳态下三种模态进行分析，得到储能电感两端的电压和电流波形。当DC/DC变换器属于非隔离型变换器时，对应的储能电感为纯电感型，能够等效为控制变量为占空比扰动的控制电流源和内阻并联；当DC/DC变换器属于隔离型变换器且变压器具有储能时，相应变压器为耦合电感型，在所述纯电感的基础上还要与理想变压器进行并联。本发明在模型的推导过程中，从小信号模型本质出发物理意义明确；在模型计算中直接利用梅森公式，避免了传统建模方法中的复杂计算，可以有效降低断续导电模式DC/DC变换器的建模难度。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种建模方法，具体涉及一种基于信号流图法的断续导电模式DC/DC变换器建模方法。

背景技术

因为开关电源体积小、重量轻和效率高等优点自从发明以来就得到了广泛的应用。理想的控制回路是开关电源具有理想特性的基础，比如，迅速抑制输入的扰动而维持输出电压的稳定。控制回路的设计是建立在变换器的精确小信号模型的基础之上。

开关变换器的建模方法有基本建模法、状态空间平均法和开关元件与开关网络平均法三种。

基本建模方法将工作在连续导电模式的变换器分成导通和截止两种状态。将变换器中储能元件(电感和电容)的伏安特性分别以开关管导通所占的比例和截止所占的比例，也就是占空比D和1-D，进行加权平均；进而施加扰动和分离变量，就可以得到变换器的小信号模型。以作为储能元件的电感电流和电容电压为状态变量将基本平均法转化为矩阵形式，就可以得到状态空间法。

开关元件平均法与基本建模法的思想相似，对开关元件两端的电压和电流进行一个开关周期的平均；而开关网络平均法将开关元件和续流二极管作为一个二端口网络，对网络的电压和电流进行平均。

这些建模方法在连续导电模式变换器的建模中需要对两种状态进行平均，存在计算量大和物理意义不明显的问题，在断续导电模式变换器的建模中需要对三种状态进行平均，这会极大增加建模工作的计算量。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种计算量低的基于信号流图法的断续导电模式DC/DC变换器小信号建模方法。

为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

基于信号流图法的断续导电模式DC/DC变换器建模方法，包括以下步骤：

对断续导电模式DC/DC变换器稳态下三种模态进行分析，得到储能电感两端的电压和电流波形，所述三种模态分别为模态I：开关管导通、续流二极管截止；模态II：开关管截止、续流二极管导通；模态III：开关管与续流二极管都截止。

当DC/DC变换器属于非隔离型变换器时，对应的储能电感元件为纯电感型，可等效为控制变量为占空比扰动的电压控制电流源和内阻的并联；当DC/DC变换器属于隔离型变换器且变压器具有储能功能时，对应的变压器为耦合电感型，在所述纯电感的基础上还要与理想变压器进行并联。

进一步地，对DC/DC变换器中的储能电感，根据断续导电模式电流波形，计算占空比的扰动导致开关管和续流二极管导通增加的时间为

其中D₁和D₂分别为开关管和续流二极管的导通时间与开关周期T的比值。

计算一个开关周期内电感储存电荷的增量为

其中I_peak为开关导通状态下流过电感电流的最大值。

增加的电荷在一个开关周期内能够等效为电流源