[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于開關(guān)電源的通用非線性建模模塊及其建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910834023.5
• 申請(qǐng)日: 2019-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN110719032B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚佳;鄭凱升;李科唯;江平;單梁;張俊芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335;G06F30/30
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于開關(guān)電源的通用非線性建模模塊及其建模方法，通用ITIS模塊對(duì)應(yīng)三種不同的建模模型，分別是通用ITIS模塊穩(wěn)態(tài)模型、通用ITIS模塊大信號(hào)模型、通用ITIS模塊小信號(hào)模型。使用通用ITIS模塊對(duì)開關(guān)變換器中的包含部分感性元件和開關(guān)器件在內(nèi)的非線性部分進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)，將開關(guān)變換器中復(fù)雜的非線性部分的建模預(yù)先完成，建立目標(biāo)變換器的穩(wěn)態(tài)模型、大信號(hào)模型或小信號(hào)模型時(shí)，僅需建立目標(biāo)變換器等效ITIS模塊外部線性網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)方程，將其代入通用ITIS模塊即可。本發(fā)明大大簡化了用戶建模的難度，提高建模分析的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力變換器建模技術(shù)，具體涉及一種應(yīng)用于開關(guān)電源的通用非線性(ITIS)建模模塊及其建模方法。

背景技術(shù)

建立合適的變換器模型是開關(guān)電源分析與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的建模方法有狀態(tài)空間平均法(SSA)、平均開關(guān)模型法、開關(guān)信號(hào)流圖非線性建模法(SFG)等。這些方法都是基于平均化建模的思想，其本質(zhì)是對(duì)開關(guān)變換器電路中的非線性開關(guān)元件進(jìn)行平均和線性化處理，得到與原電路拓?fù)湟恢碌牡刃щ娐罚请S著電路工作狀態(tài)和階數(shù)的提升，建模會(huì)變得復(fù)雜，給研究者帶來了困難。近年來，開關(guān)變換器多使用耦合電感或者多繞組感性元件來實(shí)現(xiàn)電壓倍增，工作狀態(tài)越來越復(fù)雜，需要通過軟開關(guān)鉗位電路來提高電路工作的性能。但是軟開關(guān)鉗位電路的加入，會(huì)給開關(guān)變換器帶來更復(fù)雜的工作狀態(tài)，進(jìn)一步增加了建模分析的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于開關(guān)電源的通用非線性建模模塊及其建模方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種應(yīng)用于開關(guān)電源的通用非線性建模模塊，包括包括鉗位開關(guān)、通用耦合電感原邊繞組、通用耦合電感副邊繞組、通用ITIS模塊勵(lì)磁電感、通用耦合電感的漏感，一對(duì)工作在互補(bǔ)模式的PWM的開關(guān)，即有源開關(guān)和互補(bǔ)開關(guān)，以及1號(hào)端子、2號(hào)端子、0號(hào)端子和C號(hào)端子，所述有源開關(guān)一端連接1號(hào)端子，另一端連接通用耦合電感的漏感一端和鉗位開關(guān)一端，所述鉗位開關(guān)另一端連接C號(hào)端子，所述通用耦合電感的漏感另一端連接通用耦合電感的勵(lì)磁電感一端和通用耦合電感的原邊繞組一端，所述通用耦合電感的勵(lì)磁電感另一端連接0號(hào)端子和通用耦合電感的原邊繞組另一端，所述通用耦合電感的副邊繞組一端連接互補(bǔ)開關(guān)一端，所述互補(bǔ)開關(guān)另一端連接2號(hào)端子，所述副邊繞組另一端連接通用耦合電感原邊繞組另一端。

一種基于通用非線性耦合電感模塊的開關(guān)變換器的建模方法，步驟如下：

步驟1、分析待建模的目標(biāo)開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)，構(gòu)建由目標(biāo)開關(guān)變換器等效ITIS模塊和目標(biāo)變換器等效ITIS模塊外部線性網(wǎng)絡(luò)組成的目標(biāo)變換器ITIS等效電路；

步驟2、確定目標(biāo)變換器等效ITIS模塊外部線性網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)方程；

步驟3、確定目標(biāo)變換器等效ITIS模塊的內(nèi)部參數(shù)，包括有效匝數(shù)比、通用耦合電感的勵(lì)磁電感和通用耦合電感的漏感；

步驟4、將目標(biāo)變換器等效ITIS模塊外部線性網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)方程以及目標(biāo)變換器等效ITIS模塊內(nèi)參數(shù)，代入通用ITIS模塊穩(wěn)態(tài)模型、大信號(hào)模型或小信號(hào)模型中，得到待建模的目標(biāo)變換器的穩(wěn)態(tài)模型、大信號(hào)模型或小信號(hào)模型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明采用通用模塊對(duì)開關(guān)電源拓?fù)渲械姆蔷€性部分進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)，模塊內(nèi)部封裝了包含漏感的通用耦合電感、開關(guān)元件、以及漏感鉗位電路，把開關(guān)變換器中復(fù)雜的非線性部分的建模預(yù)先完成，可大大簡化了用戶建模的難度，提高建模分析的效率，適用于含有變壓器和耦合電感的開關(guān)電源的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)建模。

附圖說明

圖1為包含通用ITIS模塊的開關(guān)電源等效電路圖。

圖2為本發(fā)明通用ITIS模塊的穩(wěn)態(tài)模型圖。

圖3為本發(fā)明通用ITIS模塊的大信號(hào)模型圖。

圖4為本發(fā)明通用ITIS模塊的小信號(hào)模型圖。