开关变换器建模方法综述（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）收稿日期:1997-12-14基金项目:国家自然科学基金资助项目(59777022作者简介:张卫平(1957-,男,陕西省西安市人,博士,北方工业大学工学院副教授.文章编号:0253-9861(19990220219207开关变换器建模方法综述张卫平1,吴兆麟1,李洁2(1.浙江大学电机工程系,浙江杭州310027;2.北京电子科技学院电子工程系,北京100041摘要:对开关变换器的主要建模方法:状态平均法、等效电路法、开关波形平均法、符号法、离散时域模型、传输线模型以及PFC电路的模型等进行了综述、归纳和评述,反映了最新的研究成果.关键词:模型;开关变换器;传输线模型;功率因数校正中图分类号:TM714.1文献标识码:A0引言由于开关变换器是一个强非线性的动态系统,70年代以来,有众多著名学者从事这方面的研究,归纳、总结和分类,并使之系统化.一般来讲,一类称为数字仿真法,另一类称为解析建模法,,.数字仿真法可以对电路进行全面分析,在分析、设计和调试中,但所得结果的物理概念不明确.数字仿真法又可分为直接数字仿真法和间接数字仿真法.直接数字仿真法是指直接利用现有的通用电路分析软件(如PSPICE等对开关变换器进行数值计算而得到其解的方法.采用这种方法不必重新建立电路模型,只需对局部电路建立仿真模型或等效子电路即可,其不足之处在于计算速度较慢.间接数字仿真法,是指在数值计算前,需要对开关变换器建立一个专用的、适用于数值解的仿真模型,如离散模型等,然后采用适当的数值算法求解,其优点是计算速度较快.解析建模法是指用解析表达式来描述开关变换器特性的建模方法.用解析建模法所得结果的优点是直观明了,物理概念清楚,可以利用线性电路和古典控制理论对开关变换器进行稳态和小信号分析,对设计有一定的指导意义.但其精度较差.解析建模、平均法、符号法及PFC电路的建模法等.离散法是以某一变量在一个载波周期中的若干个特定的离散点上的值为求解对象来建立其差分方程,求解这个差分方程得到其解,其优点是精度高,但分析程序复杂.平均法是在一个载波周期内对状态变量在某种意义下进行加,,求解这个状态方程得到其解.到目前为止,它仍是开关变换器建模理论中最为重大的成果.符号法的最大优点是能够求出状态变量纹波的表达式.由于PFC电路具有某些特殊的问题,所以需要用特殊的建模方法.第33卷第2期浙江大学学报(自然科学版Vol.33№.21999年3月JournalofZhejiangUniversity(NaturalScienceMar.1999图1开关变换器的分类示意图1状态空间平均法[1,2]假设功率开关管和二极管为理想开关.一个工作在CCM的PWM型2线性非时变电路来描述,:X=A1X+B1ui,Y=CTX.(12X+2,=T2X(开关关断(2式中A1,A2,,C1C2,Y是输出向量,X是状态变量向量,ui是常数.式(1和式(2,得基本状态空间平均方程:X=(dA1+d0A2X+(dB1+d0B2ui,Y=(dCT1+d0CT2X,(3式中d0=1-d,对于DC2DC变换器,ui=U是常数;对于PFC电路,ui=Uinsinωt.式(3称为变换器的基本状态平均方程.在此方程的基础上,可以得到其稳态和动态分析模型.评论状态平均法的优点是:简单,物理概念清楚,可以利用线性电路和古典控制理论对DC2DC变换器进行稳态和小信号分析,对设计有一定的指导意义.缺点是:在扰动信号的频率较高时,特别是接近载波频率的一半时,其准确度比离散法和数字仿真法低,同时也得不到其纹波表达式.总而言之,这是一种最重要的方法,有着重要的实用价值,得到了广泛的应用.平均理论的拓展:文献[3]对基本状态空间平均法进行了拓展,其基本思想是用积分方程替换微分方程,使得开关系统变为连续的分段线性化的自治系统.这种系统可以用自治系统的理论和方法来求解以及用特征根来判断其稳定性.这个方程还保留了开关变换器的分段线性的特点.上述方程可以用于闭环瞬态分析.评论文献[3]的主要贡献是:首先,从理论上给出了平均技术存在的条件,即Lipschitz条件;证明了渐近稳定的条件(渐近稳定是开关变换器的一大特点;给出了一阶纹波的仿真公式,并证明了载波频率升高时纹波幅度下降.2等效电路法[2]在开关变换器中,开关元件的作用是使某一支路以一定的占空比接通或断开,所以,这些元件071浙江大学学报(自然科学版1999年的电压和电流的平均值常常与电路中另外某条支路的电流或电压的平均值有关.因此,这些元件,其形式与具体的变换器有关.等效受控源算法是,保持原电路的拓扑结构和R,L,C