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移相全橋DC/DC變換器動(dòng)態(tài)建模研究

作者: 時(shí)間:2011-03-16 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:利用狀態(tài)空間平均法分析了ZVSPWM主電路并利用狀態(tài)平均方程對(duì)其建立了模型,進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果證明本方法和結(jié)果具有一定應(yīng)用價(jià)值。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/179478.htm

關(guān)鍵詞:移;;狀態(tài)空間平均法



圖1FBZVSPWM主電路


圖2典型的Buck電路


1引言

零電壓開(kāi)關(guān)電路是一種適用于大功率開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)電路。它具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)恒頻控制,易于高頻化,不需輔助電路,鐵磁元件容量小,變壓器的漏感和開(kāi)關(guān)器件的寄生電容可以納入諧振電路,諧振軟開(kāi)關(guān)器件應(yīng)力小,開(kāi)關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),移ZVSPWMDC/DC變換主電路在DC/DC變換中應(yīng)用十分普遍。因此,將移相全橋ZVSPWMDC/DC變換主電路精確就顯得十分必要。

建立移相全橋ZVSPWMDC/DC變換主電路的小信號(hào)模型的方法很多。本文介紹一種基于狀態(tài)平均方程的小信號(hào)狀態(tài)空間方法。

2小信號(hào)模型的建立

移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示(圖中LLK為輸出變壓器的漏感)。

移相全橋DC/DC變換電路由Buck電路變化而來(lái),故先分析在變換器的輸出電流連續(xù)的情況下,基本Buck電路的原理并列寫B(tài)uck電路的平均狀態(tài)方程[1]。

典型的Buck電路圖如圖2所示。

此電路有兩種工作狀態(tài)。即開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通狀態(tài)和開(kāi)關(guān)S關(guān)斷狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)下的等值電路分別示于圖3(a)和圖3(b)。

平均狀態(tài)方程的列寫實(shí)際上就是將開(kāi)關(guān)器件等效成電路的一個(gè)具有增益特性的器件來(lái)列寫方程。增

(a)導(dǎo)通狀態(tài)(b)關(guān)斷狀態(tài)


圖3Buck電路的兩種工作狀態(tài)


益特性決定于開(kāi)關(guān)在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間,導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng),增益越大,最大值為1[3]。結(jié)合以上兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài),根據(jù)狀態(tài)空間平均法,有=+Vs(1)

式中:Vc=Vo,Vo為輸出電壓,Vc為電容C上的電壓;

Vs為輸入直流電壓;

D為占空比;

iL為電感L上的電流;

n為變壓器副邊匝數(shù)與原邊匝數(shù)的比值。式(1)為基本Buck電路的狀態(tài)平均方程。式(1)中,對(duì)各變量施加擾動(dòng),令各擾動(dòng)量分別為對(duì)應(yīng)Vs、D、iL、Vo、Vc的擾動(dòng)分量。注意到各變量對(duì)D施加擾動(dòng)程度是不同的。下面分別討論各變量的擾動(dòng)對(duì)D的影響。移相全橋ZVSPWMDC/DC變換主電路與Buck電路不同之處是它存在占空比損失問(wèn)題,由于移相全橋ZVSPWMDC/DC變換主電路變壓器漏感LLK和變壓器副邊整流二極管的影響,從S1,S4(或S2,S3)導(dǎo)通到副邊電壓升到nVs需要一段時(shí)間,這就是占空比損失現(xiàn)象。在電路模型中反映出來(lái)的是(為有效占空比擾動(dòng))的擾動(dòng)源問(wèn)題。由于占空比損失,模型中的變壓器的變比為1:Deff,,而不是Buck電路中的1:D。

移相全橋ZVSPWMDC/DC變換主電路波形分析如圖4所示[2]。

圖4中,vab,iab是圖1電路中a,b兩點(diǎn)之間的電壓和電流。

移相全橋ZVSPWMDC/DC變換主電路的電壓增益可表示為

Vo/Vs=DeffNs/Np=nDeff(2)

式中:Vo為輸出電壓穩(wěn)態(tài)值;

Ns為變壓器副邊匝數(shù);

Np為變壓器原邊匝數(shù)。

設(shè)ΔD為損失的占空比,則

D=Deff+ΔD(3)

圖4中,當(dāng)t=t4時(shí),原邊電流瞬時(shí)值

i3=n(IL-Δi/2)

式中:IL為電感電流平均值;

Δi=i1-i3。

當(dāng)t=t6時(shí)原邊電流瞬時(shí)值

i2=n[IL+Δi/2-(1-D)VoT/2L]

式中:T為開(kāi)關(guān)周期。

負(fù)載電流i0=V0/R。

根據(jù)變換器波形圖,可以得出ΔD=(i3+i2)/(4)

Deff=D-ΔD=D-×[2IL-Vo(1-D)T/2L](5)

從式(5)可以看出,有效占空比Deff和許多因素有關(guān),不僅跟自身的占空比變化有關(guān),也跟輸出電感的電流IL,輸入電壓Vs有關(guān)。由于IL和負(fù)載電流i0有必然聯(lián)系,所以,i0、Vs、D稍有擾動(dòng),有效占空比都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的擾動(dòng)。假設(shè)以上三個(gè)擾動(dòng)量分別為,在Deff上產(chǎn)生相應(yīng)的擾動(dòng)分別為、,則(6)

顯然,三個(gè)擾動(dòng)分量在Deff上產(chǎn)生的擾動(dòng)效果是不同的。

將式(5)分別對(duì)三個(gè)分量取微分,得到Deff對(duì)三個(gè)擾動(dòng)的表達(dá)式如下:


圖4主電路波形


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