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PWM开关变换器分析方法综述
来源:本站整理  作者:佚名  2012-05-18 11:16:19





这就是著名的状态空间平均法。由上可知, 时变电路(1)(2)变成了非时变电路(3),从而可求稳态工作点、小信号传递函数等。状态空间平均法是PWM开关变换器的一个系统的分析方法,简明精确。但也存在着问题:稳定性分析不准确、不能分析纹波、无法分析准谐振变换器,且线性化方法只是局部处理,故不能用于大信号分析,对方程进行平均就意味着电路不出现高频成分,倘若高频成分起主要作用,则平均结果就不正确。在考虑了实际工作过程中输出反馈控制电路的工作特性对分析结果的影响后,F.C.Lee等提出了离散平均方法[12],对状态进行平均处理而对输出结果进行采样离散化处理,得到了开关变换器电路的更加精确的描述方程和等效电路形式。为了便于计算机辅助分析,A. Pietkietwics 等基于开关变换器电路的拓扑性质提出一种利用节点方程和回路方程的平均方程[13]。但平均的条件是:开关变换器的输出低通滤波器的特征频率远小于开关频率,且电路的输出纹波较小。Brown等提出的抽样序列模型[14]保留了这个高频成分,因此模型更精确。从模型的推导来看,它对扰动不作平均正是保留了高频成分。其优点是提高了稳定性分析的精度,但它引入了冲击函数序列,处理麻烦,反馈网络的设计变得复杂。

连续平均法中的另外一种是平均值等效电路法。它是从原变换器出发进行电路处理,最后得出一个等效电路模型。在推导时,只是处理开关元件,而线性元件不变。如P. R. K. Chetty的电流注入等效分析法[15],等效受控源法以及三端开关器件法[16],它们都是从电路结构出发,利用时间平均技术而进行电路分析,但当电路元件增多,要得出平均后的拓扑结构需要很大的运算量。

围绕着拓扑不变这一要求,有不少处理方法诞生:Wester的电路平均法[17];Y.S.Lee的MISSCO[18]和许建平的ECA法(Equivalent Circuit Approach),Voperian的简化开关模型(V模型)[19]以及Tymerski等用谐波平衡原理建立的开关模型(T模型)。

PWM开关模型对常见的开关变换器都适用。而V模型与T模型都是基于PWM开关模型的概念。它们都是把开关从电路中独立出来,提出一个PWM开关模型――单刀双掷开关。各端按所接元件性质的不同区分为三个端,分别接三极管、二极管和公共端。它对各类DC―DC变换器都适用。忽略电容的损耗电阻时,V模型与T模型推导的出发点相同。 对于PWM开关变换器, 都有下式:

若对(6)式进行小信号扰动分析即得V模型。更精确的,将扰动产生的响应分为基波和高次谐波,用谐波平衡原理,则得出T模型。因而,V模型是T模型的特例。两者的区别在于:前者是平均法,后者本质上是谐波平衡法;前者在时域中处理,后者在频域中处理;前者是一线性模型,且模型比较简单,适用于小信号分析,并可分析一些寄生效应;后者是一非线性模型,可用于大信号分析,并可用于波形失真的估计,它的一阶近似就是V模型。但T模型只可以考虑单频率的扰动,不能分析多频扰动,而且不能用于可能产生谐波的变换器的分析[20,26]。

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关键词:开关变换器

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