一种基于回路矩阵的DC-DC变换器自动构造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于回路矩阵的DC

【技术实现步骤摘要】
一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法


[0001]本专利技术涉及DC
‑
DC变换器拓扑构造的
，尤其是指一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法。

技术介绍

[0002]磁通平衡设计法和状态方程法是两种代表性的DC
‑
DC变换器的构造方法。其中，磁通平衡设计法根据给定的电压增益表达式，得到若干个伏秒平衡方程组，再分别构造出与各个伏秒平衡方程组对应的DC
‑
DC变换器。而状态方程法根据给定的元件类型及数量等条件，得到若干个状态方程组，再分别构造出与各个状态方程组对应的DC
‑
DC变换器。其中，伏秒平衡方程组描述各个电感在不同模态下的充放电电压，进一步反映出哪些元件属于同一回路。状态方程组反映在各模态下各元件的连接关系。因此，伏秒平衡方程组和状态方程组均可变换为DC
‑
DC变换器在各模态下的回路矩阵。
[0003]上述两种构造方法中，从已知条件得到伏秒平衡方程组或状态方程组的步骤较完善，而从伏秒平衡方程组或状态方程组得到DC
‑
DC变换器的过程有一定困难。设计者通常根据伏秒平衡方程组或状态方程组，画出各模态下不含开关器件的等效电路图，然后在电路中加入开关管和二极管以符合相应模态，从而形成完整的DC
‑
DC变换器。然而，该过程并无明确的步骤，通常需要设计者手工画图，尝试将开关管和二极管添加到不同位置并进行验证。这种设计方法严重依赖设计者的经验，不仅设计速度较慢、不确定性较强，而且难以获得所有符合要求的DC
‑
DC变换器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法，该方法将伏秒平衡方程组或状态方程组转换为各模态下的回路矩阵，输出与之对应的所有DC
‑
DC变换器。该方法适用于磁通平衡设计法和状态方程法的构造过程。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法，该方法利用磁通平衡设计法或状态方程法生成的两模态回路矩阵，即模态1回路矩阵和模态2回路矩阵，构造出符合回路矩阵的所有DC
‑
DC变换器，其包括以下步骤：
[0006]1)将模态1回路矩阵转化为支路
‑
节点关系矩阵；
[0007]2)对步骤1)中的每个支路
‑
节点关系矩阵，在每个基本回路中加入一个开关管，得新的支路
‑
节点关系矩阵；
[0008]3)对步骤2)中的每个支路
‑
节点关系矩阵，选两个不相邻节点，并联一个二极管，直至二极管数量与开关管数量相同，得新的支路
‑
节点关系矩阵；
[0009]4)对步骤3)中的每个支路
‑
节点关系矩阵，将开关管断路，二极管短路，并删去其它不完整支路；
[0010]5)对经过步骤4)处理后的每个支路
‑
节点关系矩阵，用深度优先算法搜索拓扑中
的回路，并形成回路矩阵，将所得回路矩阵与模态2回路矩阵进行比较，若相同，则回溯步骤3)所得含开关管和二极管的支路
‑
节点关系矩阵，否则结束流程；
[0011]6)对经过步骤5)处理后的支路
‑
节点关系矩阵，筛除因节点编号不同导致的冗余；
[0012]7)对经过步骤6)处理后的每个支路
‑
节点关系矩阵，确定开关管和二极管的方向；
[0013]8)对经过步骤7)处理后的每个支路
‑
节点关系矩阵，筛除因二极管与开关管同时导通而不能正常工作的电路，最后输出能正常工作、且与给定回路矩阵对应的DC
‑
DC变换器。
[0014]进一步，在步骤1)中，根据给定回路矩阵中的模态1回路矩阵，将支路按照其在回路中的位置分为两类：专属于一个回路的特有支路、同属于多个回路的公共支路；根据分类，构造出符合模态1回路矩阵的电路，用支路
‑
节点关系矩阵表示，所得支路
‑
节点关系矩阵存储到列表a；
[0015]其中，某模态的回路矩阵表示在该模态下的等效电路中，每个回路包含的支路及其方向，一个元件视为一条支路；电感、开关管和二极管的参考方向为电流流过的方向，电压源和电容的参考方向为电位从低到高的方向；将回路矩阵转化为以电感为连支的基本回路矩阵，基本回路矩阵中的每个基本回路的参考方向为对应的连支电感方向；设某模态下的等效电路有l个基本回路、r个元件，则对应的基本回路矩阵为l
×
r阶；
[0016]支路
‑
节点关系矩阵表示支路与节点的连接关系，支路
‑
节点关系矩阵为r
×
2阶，每行表示一条支路，其中的两个元素表示该支路所连接的两个节点，一个支路
‑
节点关系矩阵唯一对应一个电路拓扑。
[0017]进一步，在步骤2)中，对于列表a中的每个支路
‑
节点关系矩阵，采用遍历算法，在每个基本回路中选择一条支路，加入一个与之串联的开关管，所得新的支路
‑
节点关系矩阵存储到列表b。
[0018]进一步，在步骤3)中，对于列表b中的每个支路
‑
节点关系矩阵，采用遍历算法，选择两个不相邻节点，然后在两节点之间并联二极管，重复该步骤，直至二极管数量与开关管数量相同，所得新的支路
‑
节点关系矩阵存储到列表c。
[0019]进一步，在步骤4)中，对于列表c中的每个支路
‑
节点关系矩阵，将开关管断路并从支路
‑
节点关系矩阵中删去，并删去其它连接不完整的支路；将二极管短路并从支路
‑
节点关系矩阵中删去，合并二极管两端的节点，并删去其它被短路的支路；因部分节点消失，所以将节点从0开始重新编号；若支路与模态2回路矩阵包含的支路相比有缺失，或有两个或多个电感并联，则筛除该支路
‑
节点关系矩阵；未被筛除的支路
‑
节点关系矩阵存储到列表d，同时将其含开关管和二极管的原型在列表c中的位置存储到列表d'。
[0020]进一步，在步骤5)中，对于列表d中的每个支路
‑
节点关系矩阵，采用深度优先算法搜索拓扑中的回路，并形成回路矩阵，将所得回路矩阵与模态2回路矩阵进行比较，若相同，则根据列表d'中存储的位置信息，回溯列表c中对应的支路
‑
节点关系矩阵，并将其存储到列表e，否则结束流程。
[0021]进一步，在步骤6)中，对于列表e中的支路
‑
节点关系矩阵，筛除因节点编号不同导致的冗余，非冗余的支路
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法，其特征在于，该方法利用磁通平衡设计法或状态方程法生成的两模态回路矩阵，即模态1回路矩阵和模态2回路矩阵，构造出符合回路矩阵的所有DC
‑
DC变换器，其包括以下步骤：1)将模态1回路矩阵转化为支路
‑
节点关系矩阵；2)对步骤1)中的每个支路
‑
节点关系矩阵，在每个基本回路中加入一个开关管，得新的支路
‑
节点关系矩阵；3)对步骤2)中的每个支路
‑
节点关系矩阵，选两个不相邻节点，并联一个二极管，直至二极管数量与开关管数量相同，得新的支路
‑
节点关系矩阵；4)对步骤3)中的每个支路
‑
节点关系矩阵，将开关管断路，二极管短路，并删去其它不完整支路；5)对经过步骤4)处理后的每个支路
‑
节点关系矩阵，用深度优先算法搜索拓扑中的回路，并形成回路矩阵，将所得回路矩阵与模态2回路矩阵进行比较，若相同，则回溯步骤3)所得含开关管和二极管的支路
‑
节点关系矩阵，否则结束流程；6)对经过步骤5)处理后的支路
‑
节点关系矩阵，筛除因节点编号不同导致的冗余；7)对经过步骤6)处理后的每个支路
‑
节点关系矩阵，确定开关管和二极管的方向；8)对经过步骤7)处理后的每个支路
‑
节点关系矩阵，筛除因二极管与开关管同时导通而不能正常工作的电路，最后输出能正常工作、且与给定回路矩阵对应的DC
‑
DC变换器。2.根据权利要求1所述的一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法，其特征在于，在步骤1)中，根据给定回路矩阵中的模态1回路矩阵，将支路按照其在回路中的位置分为两类：专属于一个回路的特有支路、同属于多个回路的公共支路；根据分类，构造出符合模态1回路矩阵的电路，用支路
‑
节点关系矩阵表示，所得支路
‑
节点关系矩阵存储到列表a；其中，某模态的回路矩阵表示在该模态下的等效电路中，每个回路包含的支路及其方向，一个元件视为一条支路；电感、开关管和二极管的参考方向为电流流过的方向，电压源和电容的参考方向为电位从低到高的方向；将回路矩阵转化为以电感为连支的基本回路矩阵，基本回路矩阵中的每个基本回路的参考方向为对应的连支电感方向；设某模态下的等效电路有l个基本回路、r个元件，则对应的基本回路矩阵为l
×
r阶；支路
‑
节点关系矩阵表示支路与节点的连接关系，支路
‑
节点关系矩阵为r
×
2阶，每行表示一条支路，其中的两个元素表示该支路所连接的两个节点，一个支路
‑
节点关系矩阵唯一对应一个电路拓扑。3.根据权利要求2所述的一种基于回路矩阵的DC
‑
DC变换器自动构造方法，其特征在于，在步骤2)中，对于列表a中的每个支路
‑
节点关系矩阵，采用遍历算法，在每个基本回路中选择一条支路，加入一个与之串联的开关管，所得新的支路
‑
节点关系矩阵存储到列表b。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘东元，张洋，张波，陈艳峰，肖文勋，谢帆，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：