The invention provides a modeling method of boost converter output ripple voltage. Through in-depth study on the mechanism of distortion of boost converter output ripple voltage caused by filter capacitor ESR, the steady-state gain of boost converter considering filter capacitor ESR and the critical load resistance R of CCM and DCM are given
【技术实现步骤摘要】
一种Boost变换器输出纹波电压建模方法
本专利技术属于Boost变换器输出波纹电压建模分析
,具体涉及一种Boost变换器输出纹波电压建模方法。
技术介绍
Boost变换器的输出纹波电压大小是衡量其性能一个重要指标。现有的关于纹波电压的分析是基于理想Boost变换器,且未考虑寄生参数对纹波电压的影响,为了满足纹波电压指标要求通常选取2~3倍裕量的电容容量,这样选择不仅会增加变换器的体积和成本,在某些特殊应用场合,如煤矿、石化等危险环境,会增加电源发生短路故障时引起的爆炸风险。因此,研究更为精确的纹波电压模型对应用于危险环境的Boost变换器优化设计具有重要意义。大量的纹波电压实验结果和传统基于理想Boost变换器的理论不相符,具体表现在以下五个方面:(1)纹波电压实验和传统理论计算结果存在较大的误差,甚至出现了实验是理论结果的2倍甚至更大的情况;(2)输出纹波电压出现了畸变,实验和传统理论波形分析结果不一致;(3)变换器工作在电感完全供能模式(CISM)时纹波电压与电感大小有关(理想纹波模型与电感无关),且随着电感量的变化而变化;(4)变换器工作在相同工作模式时(如CCM或DCM),随着负载电阻阻值的变化,纹波电压有多种波形(传统理论分析仅一种波形);(5)变换器输出电压增益、临界负载等和传统理论分析结果不一致。基于以上分析可知,还需要对Boost变换器的纹波电压理论进行深入研究。现有Boost变换器的纹波电压理论未考虑电容ESR的影响,而大量的实验结果发现ESR对纹波电压的大小有较大影响,同 ...
【技术保护点】
1.一种Boost变换器输出纹波电压建模方法,其特征在于,包括:/n(1)计算考虑滤波电容ESR的Boost变换器稳态增益及CCM和DCM临界负载电阻R
【技术特征摘要】
1.一种Boost变换器输出纹波电压建模方法,其特征在于,包括:
(1)计算考虑滤波电容ESR的Boost变换器稳态增益及CCM和DCM临界负载电阻RCM,以及CISM和IISM的临界负载电阻RCK:
a.CCMBoost变换器的增益比
Boost变换器工作于CCM时根据能量守恒定律可得:
式中,Ii为输入电源Vi的电流平均值;IC1为开关管VT导通时电容C放电电流的平均值;IC2为VT关断时C充电电流的平均值;D为VT导通时的占空比;
当Boost变换器工作在稳定状态时,电感电流的平均值IL即为输入电流Ii的平均值,即Ii=IL,开关管开通与关断时间内由KCL可得:
由安秒平衡可得IC1和IC2之间关系为:
IC1DT=IC2(1-D)T(3)
将式(2)和(3)带入式(1),可得输出电压Vo与输入电压Vi之间关系为:
b.CISM和IISM的临界负载电阻RCK
联立式(2)、(3)和(4),可得电感电流的最大值ILP和最小值ILV为:
式中,
令式(5)中的ILV=Io可得CISM与IISM的临界负载RCK为:
c.CCM和DCM临界负载电阻RCM
令公式(5)中的ILV=0,可得CCM与DCM的临界负载电阻RCM为:
(2)通过对CCMBoost变换器输出纹波电压分析,建立考虑ESR时Boost变换器工作在CISM和IISM时的纹波电压数学模型,确定影响参数:
A.CISM时的纹波电压数学模型建立:
Boost变换器工作在CISM时的电路参数包括电感电流iL、电容电压vc、ESR两端电压vRc及输出纹波电压vo,电感电流的最大值ILv,电感电流的最小值ILp,输出纹波电压的最大值Vop,输出纹波电压的最小值Vov,以一个开关周期内的不同阶段讨论输出纹波电压,t0为VT导通时刻,t1为VT导通变为关断时刻,t2为VT由关断变为导通时刻:
a.阶段1[t0-t1时间段],VT导通,C向R供能,根据KVL可得,
求解式(8)可得阶段1输出电压vo1(t)为:
b.阶段2[t=t1时刻],在t0-t1时间段的输出电压为vo1(t);在t1-t2时间段的输出电压为vo2(t),则vo1(t)和vo2(t)分别为:
t1时刻,VT由导通变为关断,因电容C两端电压不能发生突变,因此满足:vC1(t1)=vC2(t1),由式(11)可得输出电压在t1时刻的变化量ΔV1为:
t1时刻,开关管VT关断前和关断后RC两端的电压分别为:
联立式(5)、(11)和(12)可得输出电压在t1时刻的变化量ΔV1为:
式中,
c.阶段3[t1-t2时间段],VT关断,电感L开始对电容C充电,此时电容C两端电压呈上升趋势,由于充电电流iC逐渐减小,RC两端的电压呈下降趋势,此阶段,电容C的充电电流iC(t)为:
假设t1=0,vo2(t1)=0,由式(11)可得t1-t2时间段输出纹波电压v12(t)为:
联立式(5)、(14)和(15)可得v12(t)为:
v12(t)=at2+bt(16)
式中,
由式(16)可知a<0,因...
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