[发明专利]一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法

摘要

本发明公开了一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，包括确定全桥式开关电源电路拓扑图及电路器件参数；确定变压器副边两端的电压；计算输出滤波电感L两端的电压；计算输出滤波电感L上的电流；计算通过输出滤波电容C和等效串联电阻ESR的纹波电流；计算理想输出滤波电容C两端的电压；基于电容滞后特性，计算输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt；确定实际输出滤波电容C两端的电压；计算等效串联电阻ESR两端的电压；确定全桥式开关电源总纹波电压表达式；计算全桥式开关电源总纹波电压的峰峰值；计算全桥式开关电源纹波系数。本发明建立了一种全桥式开关电源中电路器件参数与纹波系数的路耦合模型，实现了不同电路器件参数下的纹波系数的快速预测。

主权项

1.一种基于路耦合的全桥式开关电源纹波系数预测方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)确定逆变桥与变压器组成的全桥式开关电源电路拓扑图及电路器件参数；(2)根据全桥式开关电源的电路拓扑图及电路器件参数，基于开关管的开关控制及变压器的电磁感应特性，确定变压器次级线圈两端的电压V_T(t)：其中，D表示开关管的占空比；V_o表示输出直流电压；T_on为开关电源开通时间；T为一个开关电源的工作周期时间；(3)根据变压器次级线圈两端的电压V_T(t)，依据基尔霍夫电压理论，计算输出滤波电感L两端的电压V_L(t)：式中，T_γ为纹波电压周期；(4)根据输出滤波电感L两端电压V_L(t)，计算流经输出滤波电感L的电流I_L(t)；(5)根据流经输出滤波电感L的电感电流I_L(t)，依据基尔霍夫电流理论，计算通过输出滤波电容C和等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)：其中，f_s为开关管的开关频率；(6)根据通过输出滤波电容C的纹波电流I(t)，计算理想输出滤波电容C两端的纹波电压V_c(t)；(7)基于一般电容器的电压滞后于电流特性，计算输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt；(8)根据理想输出滤波电容C两端的纹波电压V_c(t)，输出滤波电容C两端电压的滞后时间Δt，确定实际输出滤波电容C两端的纹波电压V_c'(t)：其中，Δt为输出滤波电容C两端电压的滞后时间；(9)根据通过等效串联电阻ESR的纹波电流I(t)，计算等效串联电阻ESR两端的纹波电压V_ESR(t)；(10)将步骤(8)得到的实际输出滤波电容C两端纹波电压V_c'(t)与步骤(9)得到的等效串联电阻ESR两端纹波电压V_ESR(t)求和，得到全桥式开关电源总纹波电压表达式V(t)；(11)根据全桥式开关电源总纹波电压表达式V(t)，计算总纹波电压的峰峰值V_p‑p：按照在一个纹波周期T_γ内，考虑0＜D＜0.25，D＝0.25，0.25＜D＜0.5，0.5≤D<1四种情况，结合比较Δt+ESR·C和Δt+ESR·C和的大小，得到不同条件下的全桥式开关电源峰峰值表达式：(12)根据总纹波电压的峰峰值V_p‑p及全桥式开关电源输出电压V_o，基于纹波系数理论公式计算全桥式开关电源纹波系数γ，建立全桥式开关电源的纹波系数γ与电路器件参数之间的数学模型，快速计算不同电路器件参数下的纹波系数。