一种多相DCDC变换器的建模方法技术

本发明专利技术涉及一种多相DCDC变换器的建模方法，该方法充分考虑了多相DCDC变换器的电感耦合、杂散参数和非对称问题，利用电路微分方程的线性特性，将状态方程的乘累加过程转化为矩阵元素的线性运算，最终将多相变换器小信号建模的困难绕开，得到基于改进开关周期平均法的多相变换器状态空间模型。该方法消除了传统多相变换器状态空间平均建模的复杂中间过程，大大简化了计算，并且具有较好的通用性，不同拓扑的多相DCDC变换器均可通过该方法建立其模型。

【技术实现步骤摘要】
一种多相DCDC变换器的建模方法
本专利技术涉及一种多相DCDC变换器的方法，可用于电力电子设备领域。
技术介绍
电力电子器件或功率模块的能力有限，限制了DC/DC变换器的功率提升。为了满足燃料电池汽车动力系统DC/DC变换器的大功率、高功率密度需求，通常采用多相并联的拓扑结构，由多组器件合力实现功率需求。多相DCDC变换器也因其具有大功率、高功率密度、控制灵活以及可靠性高的特点，成为了国内外研究的热点。常用的电力电子变换器建模方法有两类：理论建模法，指开关周期平均和状态空间平均等方法；另一类是基于仿真和测试的网络分析法。基于仿真和测试的网络分析法无法了解系统的内部结构，不能掌握全面的系统特性，传统的开关周期平均和状态空间方法需要对开关状态进行一一列写，大功率多相DC/DC变换器受器件参数变化、杂散参数、和结构不对称等多种因素影响，单周期内工作状态复杂多变，因此要完整列写所有开关状态下的微分方程并求解十分困难；而且多相DCDC变换器结构复杂，拓扑繁多，加上相间存在的耦合关系，想要建立准确实用的多相DCDC变换器模型更是难上加难。
技术实现思路
针对现有多相DCDC建模方法中的不足，本专利技术提出一种计算简单、模型准确、通用性高的多相DCDC建模方法，适用于boost、buck、双向，多相、单相等多种拓扑。技术方案为解决多相DCDC变换器建模困难的问题，本专利技术提出了一种计算简单模型准确的多相DCDC变换器建模方法。该方法充分考虑了多相DCDC变换器的电感耦合、杂散参数和非对称问题，利用电路微分方程的线性特性，将状态方程的乘累加过程转化为矩阵元素的线性运算，最终将多相变换器小信号建模的困难绕开，得到基于改进开关周期平均法的多相变换器状态空间模型。该方法消除了传统多相变换器状态空间平均建模的复杂中间过程，大大简化了计算，并且具有较好的通用性，不同拓扑的多相DCDC变换器均可通过该方法建立其模型。一种多相DCDC变换器的建模方法，其特征是，包括步骤：步骤1：列写多相DCDC变换电路开关向量微分方程模型采用多相DCDC电路拓扑，整个电路含有M组耦合电感，每组耦合电感又由N个相互耦合的电感组成，每相电感构成一个boost电路，通过改变互感数和相数即可演变成单相、磁集成多相、耦合电感多相等多种DCDC变换器结构；所述含有二次非线性成分的动态小信号模型推导过程如下：根据基尔霍夫定律，推导出电路微分方程如下：其中i，j分别是闭区间[1，M]和[1，N]上的整数，各参数定义如下表：sij(t)第i组第j相的开关状态，具体定义见公式(2)；选取电感电流和输出电压作为状态变量，输入电压、输出电流和二极管压降作为干扰输入，将公式(1)写成如式(3)所示的状态空间方程：x、w、S(t)分别为状态变量、输入变量和开关向量，K、A、B则为对应的系数矩阵；步骤2：基于改进的开关周期平均法，忽略开关器件的具体工作状态和持续时间，将状态方程的乘累加过程转化为矩阵元素的线性运算对于每个开关，其所有状态对应的持续时间之和除以开关周期T即为占空比d，有将作为算子Γ代入到状态方程中，多相变换器的平均状态方程表示成：以微分方程的线性特性，算子Γ对系数矩阵的作用展开为对每个矩阵元素的作用，最终的状态空间方程表示成：步骤3：利用步骤2所得，加入交流小信号，推得多相DCDC变换器的动态模型公式(9)中加入交流小信号干扰和推得多相DCDC变换器的动态模型：与现有专利技术相比，本专利技术具有以下有益效果：基于改进开关周期平均法的多相DCDC建模方法消除了传统多相变换器状态空间平均建模的复杂中间过程，大大简化了计算，并且具有较好的通用性，不仅涵盖了阻性杂散参数和不对称性，而且不同拓扑的多相DCDC变换器均可通过该方法建立其模型，模型可应用于各相统一控制，也可以应用于各相独立控制。附图说明图1为本专利技术实施步骤示意图；图2为本专利技术具体实施方式选取的多相DCDC电路拓扑。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案详细说明：本专利技术技术方案步骤如下，如附图1所示：步骤1：列写多相DCDC变换电路开关向量微分方程所述模型采用的多相DCDC电路拓扑(为本领域已知结构)如图2所示，整个电路含有M组耦合电感，每组耦合电感又由N个相互耦合的电感组成，每相电感构成一个boost电路，通过改变互感数和相数即可演变成单相、磁集成多相、耦合电感多相等多种DCDC变换器结构。所述含有二次非线性成分的动态小信号模型推导过程如下：根据基尔霍夫定律，可推导出电路微分方程如下：其中i，j分别是闭区间[1，M]和[1，N]上的整数，各参数定义如下表：sij(t)第i组第j相的开关状态，具体定义见公式(2)。选取电感电流和输出电压作为状态变量，输入电压、输出电流和二极管压降作为干扰输入，可以将公式(1)写成如式(3)所示的状态空间方程：x、w、S(t)分别为状态变量、输入变量和开关向量，K、A、B则为对应的系数矩阵。步骤2：基于改进的开关周期平均法，忽略开关器件的具体工作状态和持续时间，将状态方程的乘累加过程转化为矩阵元素的线性运算对于每个开关，其所有状态对应的持续时间之和除以开关周期T即为占空比d，有将作为算子Γ代入到状态方程中，多相变换器的平均状态方程可表示成：而由于微分方程的线性特性，算子Γ对系数矩阵的作用可以展开为对每个矩阵元素的作用，比如对于可以有如公式(5)和(6)的推导过程：由此可以推得：ΓA(Sα)＝A[D(t)](7)ΓB(Sα)＝B[D(t)](8)因此开关向量可用占空比向量代替，而不用一一列写开关的每一种状态对应的微分方程，大大简化了计算，最终的状态空间方程可以表示成：步骤3：利用步骤2所得结论，加入交流小信号，即可推得多相DCDC变换器的动态模型公式(9)中加入交流小信号干扰和即可推得多相DCDC变换器的动态模型：本实施案例只是本专利技术的较优实施方式，需要说明的是，在不背离本专利技术精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本专利技术做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本专利技术所附的权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相DCDC变换器的建模方法，其特征是，包括步骤：/n步骤1：列写多相DCDC变换电路开关向量微分方程/n模型采用多相DCDC电路拓扑，整个电路含有M组耦合电感，每组耦合电感又由N个相互耦合的电感组成，每相电感构成一个boost电路，通过改变互感数和相数即可演变成单相、磁集成多相、耦合电感多相等多种DCDC变换器结构；/n所述含有二次非线性成分的动态小信号模型推导过程如下：/n根据基尔霍夫定律，推导出电路微分方程如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种多相DCDC变换器的建模方法，其特征是，包括步骤：
步骤1：列写多相DCDC变换电路开关向量微分方程
模型采用多相DCDC电路拓扑，整个电路含有M组耦合电感，每组耦合电感又由N个相互耦合的电感组成，每相电感构成一个boost电路，通过改变互感数和相数即可演变成单相、磁集成多相、耦合电感多相等多种DCDC变换器结构；
所述含有二次非线性成分的动态小信号模型推导过程如下：
根据基尔霍夫定律，推导出电路微分方程如下：



其中i，j分别是闭区间[1，M]和[1，N]上的整数，各参数定义如下表：



sij(t)第i组第j相的开关状态，具体定义见公式(2)；



选取电感电流和输出电压作为状态变量，输入电压、输出电流和二极管压降作为干...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦莉，张逸成，姚勇涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31