[發(fā)明專利]基于寬負(fù)載范圍Buck變換器輸出紋波電壓精確建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910005348.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN109726491B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 皇金鋒;董鋒斌;張鵬超;李良井;謝鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;H02M3/155
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種基于寬負(fù)載范圍Buck變換器輸出紋波電壓精確建模方法，包括以下步驟：步驟一：求得Buck變換器系統(tǒng)阻尼比ζ，步驟二：對(duì)工作在電感電流連續(xù)模式下Buck變換器紋波電壓進(jìn)行精確建模分析；步驟三：對(duì)工作在電感電流斷續(xù)模式下的Buck變換器紋波電壓進(jìn)行精確建模分析；步驟四：對(duì)寬負(fù)載范圍Buck變換器輸出電壓紋波分析進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)方法對(duì)工作在寬負(fù)載范圍Buck變換器輸出紋波電壓分析不夠精確的問題，進(jìn)行了系統(tǒng)分析，提出了寬負(fù)載范圍Buck變換器的紋波電壓精確建模方法，此建模方法對(duì)高精度Buck變換器設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Buck變換器輸出紋波電壓分析領(lǐng)域，具體涉及基于寬負(fù)載范圍 Buck變換器輸出紋波電壓精確建模方法。

技術(shù)背景

Buck變換器被廣泛應(yīng)用航空航天設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表設(shè)備、光伏發(fā)電系統(tǒng)、LED驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備需要能工作在寬負(fù)載范圍的高精度Buck變換器，而輸出紋波電壓的精確分析是高精度 Buck變換器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要理論依據(jù)，因此，有必要對(duì)工作在寬負(fù)載范圍的Buck變換器輸出紋波電壓進(jìn)行深入研究。

在已有的Buck變換器紋波電壓研究報(bào)道中，通常根據(jù)電感電流工作模式不同，紋波電壓分析分為電感電流連續(xù)(CCM)和電感電流斷續(xù)(DCM)兩種情況，得出了工作在CCM的紋波電壓與負(fù)載電阻R大小無關(guān)，工作在DCM時(shí)與負(fù)載電阻R有關(guān)的結(jié)論；同時(shí)已有的文獻(xiàn)忽略了寄生參數(shù)對(duì)紋波電壓影響情況。但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：工作在CCM的Buck變換器紋波電壓與負(fù)載電阻R的大小有關(guān)，同時(shí)電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)對(duì)紋波電壓有較大影響，當(dāng)選擇的電解電容 ESR較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)有的紋波計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生非常大的誤差，甚至?xí)霈F(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是現(xiàn)有未考慮寄生參數(shù)的紋波電壓計(jì)算結(jié)果的2倍甚至更大的情況。也即按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能確保研制的Buck變換器達(dá)到預(yù)期的紋波電壓指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述寬負(fù)載范圍Buck變換器紋波電壓計(jì)算不夠精確的問題，本發(fā)明提供一種基于寬負(fù)載范圍Buck變換器輸出紋波電壓精確建模方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于寬負(fù)載范圍Buck變換器輸出紋波電壓精確建模方法，其步驟包括：

步驟一：求得Buck變換器系統(tǒng)阻尼比ζ：

所述Buck變換器的電路包括輸入電壓V_i，電感L，電容C，負(fù)載電阻R，輸出電壓V_o，開關(guān)管V_T，二極管V_D，電容等效串聯(lián)電阻R_C，Buck變換器控制變量到輸出電壓的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為：

由式(1)可得Buck變換器的阻尼比ζ為：

分析式(2)可知，當(dāng)Buck變換器所帶的負(fù)載不同時(shí)，系統(tǒng)阻尼比會(huì)出現(xiàn)欠阻尼(0ζ1)、臨界阻尼(ζ＝1)和過阻尼(ζ1)三種情況，因此，Buck變換器紋波電壓分析應(yīng)基于三種不同阻尼比情況；

步驟二：根據(jù)步驟一，對(duì)工作在CCM下的Buck變換器進(jìn)行精確紋波建模分析：

Buck變換器工作在CCM時(shí)，開關(guān)管V_T處于通態(tài)t_on期間，電感電流為i_L1(t)，輸出電壓為v_o1(t)，當(dāng)Buck變換器工作在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)：

求解式(3)可得：

式(4)為非齊次線性方程，其特征方程為：

求解式(5)可得：