基于状态空间平均法的Boost直流变换器建模与仿真分析

在高性能开关电源的设计过程中,要求建立变换器的准确数学模型。但直流变换器一般具有非线性、多模态、时变的特点,需要使用新型方法对其进行研究。本文针对非隔离式直流变换器的工作情况,采用状态空间平均法建立了Boost变换电路的数学模型。然后基于Boost变换器的模型,利用Matlab软件进行仿真分析,验证模型的正确性。     

改进的Boost变换器小信号模型及其应用

Boost变换器足一个非线性时变系统,用解析方法进行动态分析较为复杂.针对日前无法建立开关电源精确数学模型情况,提出利用状态空间平均法建立Boost变换器的小信号模型,目的在于改进Boost变换器的仿真模型.应用Matlab软件对其进行了仿真.同时设计了40 V/120 V的Boost变换器.以该变换器为对象,对电路的动态响应特性和稳定性进行了实际应用研究.仿真和实验结果证明了该模型的有效性.     

电流断续状态下Boost变换器建模与仿真

为了辅助升压变换器(Boost变换器)在应用中的设计,分析了电流断续状态下Boost变换器的工作过程,建立了这种状态下的Boost变换器非线性数学模型,在结合二进制逻辑变量,建立了S im u link模块下的变换器仿真模型,研究表明仿真结果与理论分析结果一致,证实了模型的准确性和可行性,这种逻辑与模拟结合的简明通用的模型可以高效辅助Boost电路设计并为参数优选打下了基础。     

Boost ZVS PWM变换器混沌现象研究

为了研究软开关功率变换器中的混沌现象,以Boost ZVS PWM变换器为研究对象建立了精确离散数学模型,并基于此模型得到Boost ZVS PWM变换器的分岔图,通过仿真电压、电流及相平面图证明了分岔图与变换器运行状态基本一致,利用曲线拟合的方法划分出变换器的稳定区域,得到稳定区域随负载变化的趋势.本文建立的精确离散数学模型建立在数学通用公式基础上,可以应用于其他软开关DC/DC变换器混沌现象的研究.     

开关电感Boost变换器建模与仿真分析

针对光伏发电系统中传统Boost变换器的升压能力问题,将开关电感结构嵌入传统Boost变换器中,分析变换器功率开关器件的"ON"和"OFF"状态的工作机理,建立升压增益比与开关器件周期占空比之间的关系。利用状态空间平均法建立开关电感Boost变换器的数学模型,并在此模型基础上,对功率开关器件的不同工作频率进行仿真分析。仿真结果表明,开关电感Boost变换器不仅比传统Boost变换器具有更高的升压能力,而且在高开关频率下也能有效减小输出量的纹波,提升变换器的转换效率;同时也验证了模型的合理性和正确性,为工程实践设计提供理论支撑。     

Boost变换器的非线性行为分析与控制的实验研究

建立了闭环控制峰值电流模式的Boost变换器在CCM模式下的离散数学模型,基于此模型进一步分析了Boost变换器系统的稳定性和混沌特性,通过仿真和具体实验验证了该离散模型的正确性,描述了该变换器分叉和混沌现象的动态演化过程,同时应用无源反馈的控制方法实现了变换器的混沌控制     

半主动混合储能双向直流变换器的精确建模

为了优化设计双向直流变换器（BDC）的控制系统,对双向直流变换器进行了精确建模。选用带有输入和输出滤波电路的半桥式Buck/Boost变换器作为建模对象,分析了变换器的工作原理,采用状态空间平均法分别建立了大信号模型和小信号模型,并理论推导了各个扰动电量到输出电压扰动的传递函数。最后在Simulink下建立了半主动混合储能系统,验证了建模的正确性。     

直流配电网潮流计算模型及算法

直流配电网以其传输容量大,适合分布式电源接入等优势引起国内外广泛关注,而目前其研究重点主要在结构、能效、控制、保护等方面。针对直流配电网潮流计算问题,建立考虑开关损耗及电感电容寄生参数的非理想变换器稳态模型,给出Buck,Boost等6种变换器在连续电流模式(continuous current mode,CCM)下的稳态模型参数。考虑直流配网中只有有功功率与电压幅值,直流变换器可采用不同控制策略的特点,建立了含变换器直流配网的牛顿拉夫逊法雅克比矩阵各元素等潮流计算模型。通过对典型14节点直流配电网的算例测试,运用本文建立的模型和方法进行了潮流计算并与PSCAD仿真结果对比分析,验证了所提模型和算法的正确性。     

直流变换器虚拟电容电流前馈控制策略

建立了Boost变换器带恒功率负载时控制系统的小信号模型,分析了影响母线电压稳定的相关因素,证明了增加直流母线电容有利于提高直流母线电压稳定性,针对该结论对Boost变换器提出一种虚拟电容电流前馈控制策略。小信号模型分析、仿真和实验结果均表明这种控制策略能有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统功率稳定输出范围。     

Boost+LLC级联型直流变压器统一阻抗建模方法

为了解决双级式直流变压器阻抗模型的构建问题,提出了一种基于输入串联输出并联连接的级联型直流变压器统一阻抗建模方法。首先介绍了Boost+LLC级联型直流变压器的拓扑,该拓扑具有以下优势:既弥补了Boost变换器的非隔离特性,又弥补了LLC谐振变换器窄范围电压调节的特性;其次,结合LLC谐振变换器近似谐振点工作模式下恒定增益的电压钳位功能,将Boost+LLC级联型直流变压器的双级协调控制合并为单级统一控制;在此基础上,结合基波近似法下LLC谐振变换器的降阶小信号模型,推导出Boost+LLC型双级式直流变压器的系统模型,进而推导出了其低压侧阻抗模型。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了Boost+LLC的仿真模型,验证了建模方法的正确性,为直流网稳定性分析提供了理论基础。     

Boost变换器全分数阶化系统分析与控制性能研究

实际存在的系统大多具有分数阶特性,利用分数阶微积分理论对原系统进行建模能够更加准确地描述系统行为,并且用分数阶PID控制器代替整数阶PID控制器可以获得更好的系统性能。首先利用Oustaloup算法对s0.8进行5阶拟合,进而构建出5阶拟合的分数阶电感电容模型,相比10阶模型得到简化。在建立了Boost变换器的分数阶数学模型基础上,采用分数阶PID控制器形成了电压电流双闭环的Boost变换器全分数阶化系统。利用MATLAB软件对分数阶电路模型、分数阶数学模型以及全分数阶化系统进行仿真。研究结果表明,分数阶模型可以更准确地描述Boost变换器特性,分数阶PID控制的全分数阶化系统具有良好的稳态和动态性能。     

输入输出共地Boost TL直流变换器的研究

三电平变换器可以降低开关管的电压应力,减小储能元件的大小,有利于改善变换器的动态性能,减小变换器的体积。讨论了输入输出共地Boost TL直流变换器的工作原理。在低频、小信号、小纹波的假设条件下,利用状态空间平均法和欧拉公式建立了小信号动态数学模型,由于其数学模型存在右半平面的零点,系统成为非最小相位系统,根据非最小相位系统的特点,设计了补偿网络对系统进行了串联校正,实验结果良好的动、静态性能验证了数学模型和控制策略的合理性,为其他三电平开关变换器的分析和设计提供了理论依据。     

基于扩展状态平均法的隔离型多端口移相全桥双向直流变换器建模研究

建立了一种用于混合储能系统的隔离型多端口双向直流变换器的数学模型。通过星-网变换建立了移相控制下直流变换器多端口网型等效电路,通过扩展状态平均法建立了N端口变换器在电感电流连续时的状态平均模型和小信号模型,并分析了各端口之间传输的功率。仿真比较了不同端口数下变换器的模型输出和拓扑输出,并以三端口变换器为例,分析了移相比扰动下的模型和拓扑电路的动态响应。结果表明,提出的多端口直流变换器的数学模型能够准确反映移相控制下多端口变换器的稳态性能和动态性能,且对于不同端口数量的直流变换器具有普遍适用性。     

一种双极性增益Boost变换器研究

研究了一种双极性增益Boost变换器,它不仅具有传统Boost变换器的升压特性,而且具有双极性增益特性,即对于正、负输入电压,均能得到正极性的直流输出电压.因此,该双极性增益Boost变换器可直接用于功率因数校正变换器.本文分析了该双极性增益Boost变换器工作于电感电流连续模式(Continuous Current Mode,CCM)时的工作模态,分析了正、负输入电压情况下,该双极性增益Boost变换器的直流稳态特性,分析结果表明该双极性增益Boost变换器具有与传统Boost变换器相同的升压特性.最后,通过实验验证了理论分析的正确性.     

双极点-双零点控制器在Boost电路中的实现

分析了电流连续模式(CCM)下考虑寄生参数的Boost直流变换器的模型,右半平面零点的存在影响系统的稳定性,传统的比例积分微分(PID)控制器对Boost变换器右半平面零点补偿效果不佳,设计了基于数字信号处理器(DSP)的双极点-双零点控制器,对输出电压进行控制,在Simulink下搭建仿真模型进行仿真分析,并制作实验样机验证控制模型及补偿网络参数的合理性。结果表明,CCM下考虑寄生参数的Boost直流变换器采用所提控制器,具有良好的抗电源扰动与抗负载扰动性能,满足稳态误差、超调量、调节时间等设计指标。     

一种高增益直流变换器的运行原理及数学建模

为了研究两电平准Z源升压直流变换器的控制策略,需建立其数学模型,但该变换器在不同开关状态下储能元件相互耦合,无法采用状态空间平均法进行建模。本文通过引入寄生电阻对储能元件进行解耦,以此建立了该变换器的数学模型,包括平均状态模型与小信号状态模型,同时分析了其运行原理与电压增益。最后通过仿真模型与数学模型的对比结果验证了所建立数学模型的正确性和有效性。     

三类组合直流变换器型高频环节逆变器的分析比较

组合直流变换器型高频环节逆变器是由两个相同的隔离双向直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成,包括Buck、Boost、Buck-Boost型三类。主要对Buck、Boost、Buck-Boost组合直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、输入电流纹波、输出电压纹波、关键电路参数、原理实验波形等方面进行了比较研究,获得了重要结论。     

一种新型的高升压Boost变换器研究

由于清洁能源的广泛应用,电力电子变换器成为了研究的热点.将高升压比的Boost变换器用于清洁能源发电系统中,需要考虑变换器的升压能力和效率.针对传统变换器的缺点,提出了一种新型的高升压Boost变换器,根据其拓扑结构建立了等效的平均数学模型,推导出了该变换器升压比的计算公式.最后在MATLAB下搭建了仿真电路对所提出的变换器进行验证.理论分析和仿真结果表明了所提出的Boost变换器相比于传统Boost变换器具有高升压、开关器件电压应力低和转换效率高的优点.     

Boost+变压器串/并联型LLC级联变换器研究

为满足高压,宽输入、输出低压,大电流、高功率密度直流模块电源的技术要求,设计了一种Boost+变压器串/并联型LLC级联高频直流变换器。该级联变换器的前级Boost闭环工作,实现输出稳压;后级LLC工作在定频、开环方式,实现电气隔离与降压。对该级联变换器的工作原理进行了分析;同时,对前级Boost电路参数和后级LLC谐振参数进行了优化设计。最后,实验验证了该级联变换器理论分析的正确性与可行性。     

一种新型准Z源三电平Boost直流变换器的研究

针对共地三电平Boost直流变换器的飞跨电容电压严重偏离1/2输出电压及准Z源Boost直流变换器的开关器件电压应力大等问题,提出一种新型准Z源三电平Boost直流变换器结构,并采取交错调制作为变换器控制策略,更好实现增益宽、电压应力小等特性;利用MATLAB软件,仿真验证了所提变换器可有效解决飞跨电容偏离1/2输出电压、开关器件的电压应力大于1/2输出电压等问题。