基于状态空间平均法的DC_DC高频隔离变换器建模仿真分析
机 车 电 传 动 ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES
№ １， ２０１１ Ｊａｎ． １０， ２０１１
研 基于状态空间平均法的 DC/DC
究
高频隔离变换器建模仿真分析
开
王小方
发
（中南大学 信息科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００８３）
ＶＤ５＆ＶＤ８ 中电流逐步上升至ＩＬｆ，而ＶＤ６＆ＶＤ７ 电流下降 到 ０，ｉＶＤ５ ＋ ｉＶＤ６＝ＩＬｆ。在 ｔ０￣ｔ１ 这段区间，整流桥输出电压 为零，输出滤波电感Ｌｆ 端电压为输出电压 ｖｏ 的负值，系 统等效电路为图 ３（ａ ），其状态变量方程式为：
（ １）
在 ｔ １＋ 时刻，变压器一次侧电流达到饱和，变压器 漏感两端电压为零，ＶＳ１＆ＶＳ４ 处于完全导通状态，负载 电流此时全部流经 Ｖ Ｄ ５ ＆ Ｖ Ｄ ８，滤波电感 Ｌｆ 端电压为整 流桥电压ｖＲＥＣ ＝ ｖｉ／ｎ与输出电压ｖｏ的差值。在ｔ１￣ｔ２这段区 间，系统等效电路为图 ３（ｂ ），其状态变量方程式为：
在 ｔ ５＋ 时刻，变压器一次侧电流达到饱和，变压器 漏感两端电压为零，ＶＳ２＆ＶＳ３ 处于完全导通状态，负载
电流此时全部流经 Ｖ Ｄ ６ ＆ Ｖ Ｄ ７ ，滤波电感 Ｌｆ 端电压为整 流桥电压 ｖＲＥＣ＝ｖｉ／ｎ 与输出电压 ｖｏ 的差值。在 ｔ５￣ｔ６ 这段区 间，系统等效电路为图 ３（ｇ ），其状态变量方程式与式
１ 70 kW DC/DC 高频隔离变换器建模分析
考虑变压器漏感以及输出滤波电感、电容等效短 路电阻的７０ ｋＷ ＤＣ／ＤＣ 高频隔离变换器等效电路模型 如图１ 所示。
结合控制系统脉冲的时序，可以得到系统关键部 件电压、电流理想波形如图 ２ 所示，随后按照系统在 １
第 １ 期
王小方：基于状态空间平均法的 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 高频隔离变换器建模仿真分析
ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｆａｎｇ
(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China)
Abstract: For obtaining steady state, transient and dynamic characteristics, average state space method was proposed to the modeling and simulation analysis in DC/DC high frequency converter of 70 kW passive buffer type soft-switching isolated converter. Firstly, the converter equivalent circuit was established on the condition of considering the transformer leakage inductance, output filter inductor and capacitor equivalent circuit resistance. Secondly, analyzed the key voltage, current ideal waves in a cycle, and drew the equivalent circuits under different states. Thirdly, in order to obtain the small-signal transfer function in continuous work mode, the average and linearization method was to deal with the state variable equations. Last, double-loop control system was set up in accordance with the mathematical model, and MATLAB was used to verify the rationality of that model.
作者简介：王小方（１ ９ ６ ７ － ）， 摘 要 ：利用状态空间平均法对 ７０ ｋＷ 无源缓冲型软开关 ＤＣ／ＤＣ 变换器进行建模仿真分析，以 高 级 工 程 师 （ 教 授 级 ）， 中 获得优良的稳态、瞬态、动态等特性。首先，考虑变压器漏感以及输出滤波电感、电容等效短路电阻， 南 大 学 博 士 研 究 生 ， 主 要 建立变换器等效电路；然后，分析一个周期内关键部件电压、电流理想波形，绘出不同状态下等效电 从 事 变 流 技 术 和 电 传 动 技 路；其次，描述状态变量方程式，进行平均和线性化处理，获得其在连续工作模式下的小信号传递函 术 等 领 域 的 研 究 。 数；最后，按照其数学模型组建双闭环控制系统，利用 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 软件仿真验证数学模型的合理性。
及变压器一次侧电流的状态变量方程式与式（３ ）相同。
在
ｔ
＋ ７
时刻，Ｖ
Ｓ
２
＆
Ｖ
Ｓ
３
完全关断，Ｖ
Ｄ
１
＆
Ｖ
Ｄ４
续流状态
结束。二次侧电流同时流经ＶＤ５＆ＶＤ８ 与ＶＤ６＆ＶＤ７ 进行续
流，且ｉＶＤ５ ＝ ｉＶＤ６ ＝ ＩＬｆ ／２。至此，一个完整的开关周期结束。 在 ｔ７￣ｔ０ 这段时间区间，整流桥输出电压为零，输出
在ｔ４＋时刻，ＶＳ２＆ＶＳ３ 开通，输入电压全部作用在漏 感 Ｌ ｋ 上，变压器一次侧电流急剧上升，二次侧整流桥 二极管ＶＤ５＆ＶＤ８ 与 ＶＤ６＆ＶＤ７ 全导通，其中 ＶＤ６＆ＶＤ７ 中
电流逐步上升至 Ｉ Ｌ ｆ ，而 Ｖ Ｄ ５ ＆ Ｖ Ｄ ８ 电流下降到 ０ ， ｉＶＤ５ ＝ ｉＶＤ６ ＝ ＩＬｆ 。在 ｔ４￣ｔ５ 这段区间，系统等效电路为图 ３ （ｆ ），其状态变量方程式与式（１ ）相同。
Key words: DC/DC high frequency isolated converter; average state space method; modeling; closed-loop control
０ 引言
大功率 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变换器在铁路车辆、分布式发电等 领域都有广阔的应用前景。本文研究的７０ ｋＷ 无源缓冲 型软开关ＤＣ／ＤＣ 变换器采用目前世界上逐渐流行的单 相大功率高频逆变技术，包括单相大功率高频逆变及 逆变器串联技术、较大功率的高频变压器设计及绕制 技术、无输出电流传感器控制技术。变换器拓扑结构、 参数的选择，需要充分考虑其应用过程中的稳态、瞬 态、动态等特性，同时为了制定更好的控制策略，需要 对变换器进行建模分析［１ － ２ ］。
滤波电感电压为输出电压 ｖ ｏ 的负值，系统等效电路图 如图 ３（ｊ）。其状态变量方程式与式（４）相同。
根据上述分析以及相关的状态变量表达式，可以
得到一个周期内系统状态平均方程如下：
式中，ｔａ＝ｔ１－ｔ０，ｔｂ＝ｔ２－ｔ１，ｔｃ＝ｔ３－ｔ２，ｔｄ＝ｔ５－ｔ４，ｔｅ＝ｔ６－ｔ５，ｔｆ＝ｔ７－ｔ６， ｔ０＝０，并且，ｔａ＝ｔｃ＝ｔｄ＝ｔｆ＝ＬｋｉＬｆ／（ｎｖｉ）， ｔｂ＝ｔｅ＝Ｔ／２－ＬｋｉＬｆ／（ｎｖｉ）
可表示如下：
（ ４）
图 ２ 关键部件电压、电流理想波形
在
ｔ
＋ ０
时刻，ＶＳ１＆ＶＳ４
开始开通，输入电压全部作用
在漏感Ｌｋ 上，变压器一次侧电流急剧上升，二次侧整流
桥二极管 Ｖ Ｄ ５ ＆ Ｖ Ｄ ８ 与 Ｖ Ｄ ６ ＆ Ｖ Ｄ ７ 全部导通，其中
（２）完全相同。 在ｔ６＋ 时刻，ＶＳ２＆ＶＳ３ 开始关断，由于变压器漏感和
线路分布电感的作用，负载电流由ＶＳ２＆ＶＳ３ 逐步转移到
ＶＳ１＆ＶＳ４ 的反并续流二极管ＶＤ１＆ＶＤ４，ｉＶＳ２ 缓慢下降，而 ｉ ＶＤ１ 缓慢先上升后再下降，最终到零，系统等效电路为 图 ３（ｈ）。同样根据负载电流大小的不同，如ｉＶＳ２先于ｉＶＤ１ 降到零，系统等效电路则为图 ３（ｉ ）。此时由于流经
（ ２）
在ｔ２＋时刻，ＶＳ１＆ＶＳ４ 开始关断，由于变压器漏感和 线路分布电感的作用，负载电流由 Ｖ Ｓ １ ＆ Ｖ Ｓ ４ 逐步转移 到 Ｖ Ｓ ２ ＆ Ｖ Ｓ ３ 的反并续流二极管 Ｖ Ｄ ２ ＆ Ｖ Ｄ ３ ，ｉ ＶＤ１ 缓慢下 降，而 ｉＶＤ２ 缓慢先上升后再下降，最终到零。在此区间， 系统等效电路为图 ３（ｃ ）。根据负载电流大小的不同， 如 ｉＶＳ１ 先于 ｉＶＤ２ 降到零，系统等效电路则为图３（ｄ）。此 时由于流经Ｖ Ｄ ５ ＆ Ｖ Ｄ ８ 的电流大小不足以维持负载电 流，则 ＶＤ６＆ＶＤ７ 开通进行续流，最终 ｉＶＤ５ ＝ ｉＶＤ６ ＝ ＩＬｆ ／２。 在 ｔ２￣ｔ３ 这段时间区间，二次侧整流二极管全部导通，整 流桥输出电压为零，输出滤波电感 Ｌ ｆ 端电压为输出电 压 ｖｏ 的负值，等效电路图 ３（ｃ）和图 ３（ｄ）关于电感电压、 电容电流及变压器一次侧电流的状态变量方程式相 同。其状态变量方程式可表示为：
Ｖ Ｄ ６ ＆ Ｖ Ｄ ７ 的电流大小不足于维持负载电流，则
ＶＤ５＆ＶＤ８ 开通进行续流，最终ｉＶＤ５ ＝ ｉＶＤ６ ＝ ＩＬｆ ／２。在 ｔ６￣ｔ７
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机 车 电 传 动
２０１１ 年
这段时间区间，二次侧整流二极管全部导通，整流桥输
出电压为零，输出滤波电感Ｌｆ 端电压为输出电压ｖｏ 的负 值，等效电路图３（ｈ）和图３（ｉ）关于电感电压、电容电流
个周期工作过程中由ｔ０￣ｔ７ 之间的 表达式进行分析。
图 １ ７ ０ ｋ Ｗ Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 高频隔离变换器等效电路
假设：４ 个功率开关管、４ 个二极管是完全一样的； 功率开关管结电容和二极管结电容均忽略不计；功率 开 关 管 和 二 极 管 的 正 向 压 降 为 零 ，关 断 电 阻 为 无 穷 大；无源元件是线性的，时不变的；变压器的分布电 容、铁心损耗均忽略不计；在整个开关周期中，电感电 流是恒定的，ｉＬ ＝ ＩＬ；输入电压源的输出阻抗对于 ＡＣ 和 ＤＣ 分量都为０。
基于状态空间平均法的Zeta变换器建模与仿真分析
关键词 ：Ｚｅｔａ变换 器；状 态空间平均 法；建模 ；仿真 ；Ｍａｔｌａｂ
中 图分类号 ：ＴＭ４６
文献标 识码 ：Ａ
文章编号 ：９４０４２一（２０１８）０２—００３１—０５
Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ Ａ ｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｚｅｔａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｔａｔｅ—－ｓｐａｃｅ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
．
Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ Ｍ ａｔｌａｂ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｓｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｓｓｉｓｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｏｆ Ｚｅｔａ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ａｃｔｕａ ｌ ｃｉｒｃｕｉｔ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｚｅｔａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ｓｔａｔｅ— ｓｐａｃｅ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ；Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ ａｔｌａｂ
。
ＤＣ／ＤＣ变换 器类 别 的 Ｚｅｔａ变换 器 为 例 ，基 于状 态
空 间平均 法 ，使 用 Ｍａｔｌａｂ软 件 对 其 进 行 建 模 与 仿
真 分 析 。
DC-DC变换器的计算机仿真报告
《电力电子电路的计算机仿真》综合训练报告班级姓名学号专业指导教师I摘要DC-DC变换电路，是一种将直流电变换为另一种具有不同输出特性的直流电的电力电子装置。
基于电力电子交流技术，利用电力电子器件及相关电路，可构成升压变压器（Boost Chopper）、降压变压器（Back Chopper）和丘克变换器（Cuk Chopper），完成对电路电压和电流的交换，也可实现对频率与相数的交换。
本文在对升压、降压变换器电路理论分析的基础上，选用MOSFET型开关器件对升压、降压进行控制，并基于Simulink仿真系统对所设计的升压变换器和降压变换器进行仿真，最终完成了设计所要求的升压、降压功能的各项参数。
关键字：DC-DC变换电路升压变压器降压变压器目录第一章绪论 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计意义 (1)1.3 设计要求 (1)第二章仿真软件及开关器件简介 (2)2.1 MATLAB简介 (2)2.2 Simulink简介 (4)2.3 MOSFET开关器件简介 (5)第三章 DC-DC变换器的设计原理 (6)3.1 降压斩波电路（Buck Chopper) 工作原理 (6)3.2 升压斩波电路（Boost Chopper）工作原理 (7)第四章计算机仿真 (9)4.1 降压变换器设计 (9)4.2 升压变换器设计 (15)第五章总结 (24)心得体会 (25)参考资料 (26)第一章绪论1.1设计目的：1、理解升压、降压变换电路电路图，并对电路中的元器件的作用有深刻的认识。
2、在对升压、降压变换电路理论分析的基础上，建立基于Simulink的升压、降变换电路的仿真模型3、选用MOSFET型开关器件对升压、降压进行控制，并对不同工作情况进行仿真分析与研究。
4、在实际操作中，验证所设计仿真模型的正确性。
1.2 设计意义：直流斩波就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/DC变换。
使用直流斩波技术，不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因数的目的。
基于状态空间平均法的DC-DC电源系统模型研究
（2）毕业设计（论文）期中检查表之一（学生填写，裁下后交系部）
（3）毕业设计（论文）进度记录表（学生填写，指导教师签名）
（4）毕业设计软硬件成果验收检查表（指导教师填写）
（5）毕业设计报告（论文）评阅意见表（评阅教师填写）
（6）毕业设计（论文）答辩资格审查表（指导教师填写）
【3】文亚凤.状态空间平均法在开关电源动态建模中的应用[J] .电力电子技术,2008，27(18)：54-56
【4】RD.Mddlebrook, S.Cuk. A general unified approach to modelingswitching-converter power stages. IEEE Power Electronics Specialists Conference Record, 1976, pp. 18-34.（翻译）
东南大学成贤学院
毕业设计（论文）任务书
系专业
课题名称：基于状态空间平均法的
DC-DC电源系统模型
学生姓名：
学号：
起讫日期：
设计地点：
导师签字：
专业签字：
任务书下达日期：二〇一〇年一月二十二日
一、毕业设计（论文）任务的内容和要求
（包括选题背景、工作要求、技术指标、成果要求等）
选题背景：
开关电源具有效率高、体积小、重量轻等特点，在航空航天、通信、计算机、电子等各个领域得到了广泛的应用。开关电源的核心是开关变换器，近年来，开关变换器的研究在国际国内形成热潮，而当前研究热点之一是DC/DC开关变换器的建模及控制方法，这是电路分析设计的关键环节。在建模方面，由于DC/DC开关变换器在闭环工作时是属于时变非线性周期性工作的系统，传统的经典分析方法(如拉氏变换等)已经无法直接应用，这就要求运用新的方法来进行建模分析，并使分析方法更加趋于简化、准确、全面和完善。但是在DC/DC变换器的控制方面，只是最近几年才有了较为集中的研究。这主要有两方面的原因[1]:(l)长期以来缺少能方便地应用于控制系统设计的大信号模型;(2)常规的线性系统控制算法对开关变换器的控制无法取得满意的效果，而控制的快速性又使得复杂的算法难以实现。然而，随着现代控制理论的发展和实现方法的改进，这方面的研究工作己取得了很大进展。
HS理论在DC_DC变换器建模及仿真中的应用
第４１卷第３期２００７年３月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ．４１，Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ，２００７图１ＤＣ／ＤＣ变换器ＨＳ模型示意图基金项目：国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金项目资助项目（５０４２１７０３）定稿日期：２００６－０９－３０作者简介：陈明亮（１９７８－），男，湖南隆回人，博士研究生，研究方向为大功率电力电子变换技术。
１引言电力电子变换器的分析和建模大多采用状态空间平均法或者从电路本身入手的开关平均法［１］。
这些方法忽略了开关变换器的开关特性，而将其看成一个时变的线性系统进行分析。
平均法的优点在于简单易行，同时也必然存在一些局限性，比如无法分析变换器系统的一些由开关切换引起的复杂特性［２］；而一些文献采用的数值分析法却显得繁琐且不具备通用性［３］。
因此，有必要采用一种适合变换器开关特性的系统分析方法对其进行分析和建模。
混杂系统（ＨｙｂｒｉｄＳｙｓｔｅｍｓ，简称ＨＳ）指连续变量系统（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＶａｒｉａｂｌｅＳｙｓｔｅｍｓ，简称ＣＶＳ）与离散事件系统（ＤｉｓｃｒｅｔｅＥｖｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ，简称ＤＥＳ）相互作用而形成的一种统一的动力学系统［４］。
传统上，对ＣＶＳ和ＤＥＳ的研究是分别进行的，但对于同时具备两种特性的系统而言，将两种特性分开研究势必会造成很大的局限性。
因此，在１９８６年的美国高级控制会议上提出了ＨＳ的概念，此后，ＨＳ理论得到了广泛的关注和应用。
文章将介绍一种ＨＳ的数学语言定义方法，然后根据该定义对ＤＣ／ＤＣ变换器进行分析建模。
最后，在Ｍａｔｌａｂ环境下利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ工具箱进行了仿真验证。
２混杂系统及其数学定义和解释由于ＨＳ是连续动力学系统和离散动力学系统的综合，因此有必要建立一种既能反映离散事件影响连续状态，又能反映连续状态影响离散事件的描述模型。
同时，该模型亦需能反映系统子模型，从而通过对系统子模型的研究分析整个大系统的行为。
【毕业设计】基于Buck结构的DCDC转换器建模与仿真
【毕业设计】基于Buck结构的DCDC转换器建模与仿真目录摘要 (1)Abstract (2)1 绪论 (3)1.1电力电子技术的概述 (3)1.2开关电源的研究现状和发展趋势 (4)1.3 Buck斩波电路的研究意义 (6)1.4 论文的主要研究内容 (6)2 Buck斩波电路的原理 (8)2.1 Buck变换器的连续导电模式 (9)2.2 Buck变换器电感电流不连续的导电模式 (12)2.3 电感电流连续的临界条件 (13)2.4 纹波电压ΔU O及电容计算142.5参数的计算 (14)3 Buck斩波电路的建模 (17)3.1开关电路的建模 (17)3.1.1理想开关模型 (17)3.1.2状态空间平均模型 (19)3.1.3小信号模型 (20)3.2系统的传递函数 (22)3.2.1降压斩波电路的传递函数 (22)3.2.2 PWM比较器的比较函数 (24)3.2.3调节器的传递函数 (25)4 控制电路的设计 (27)4.1电压模式控制电路的设计 (27)4.1.1电压调节器的结构形式 (27)4.1.2电压调节器的参数 (28)4. 2 控制电路结构 (29)5 Buck斩波电路的控制仿真研究 (30)5.1 Matlab简介 (30)5.2 Buck斩波电路主电路的仿真 (30)5.3 Buck斩波电路的PID控制算法的仿真 (32)6全文总结及展望 (35)参考文献 (36)附录1：主电路仿真模型 (37)附录2：主电路仿真波形图 (39)附录3：PID仿真图 (40)致谢 (41)摘要随着电子产品与人们工作和生活的关系日益密切，便携式和待机时间长的电子产品越来越受到人们的青睐，它们对电源的要求也越来越高。
DC-DC开关电源芯片是一种正在快速发展的功率集成电路，具有集度高，综合性能好等特点，具有很好的市场前景和研究价值。
论文在研究开关电源技术发展现状和前景的基础上，设计一种Buck型DC-DC开关电源的设计。
BUCK变换器状态空间平均法建模与闭环仿真
BUCK变换器状态空间平均法建模与闭环仿真孙路;陆亭华;赵继敏【摘要】DC-DC变换器进行建模和仿真,对实际电路的设计调试有一定的指导意义.运用状态空间平均法建立Buck变换器CCM模式下的模型,并对交流小信号模型进行一定分析.设计了反馈控制回路,借助MATLAB仿真工具,建立开环和闭环系统的状态空间及电路仿真模型.通过对仿真结果的分析,可以得出状态空间平均法建立的模型与实际电路模型在动态性能及稳态输出方面基本相符,对于变换器理论分析等工作有较大参考意义.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2014(036)004【总页数】4页(P1-3,12)【关键词】DC-DC变换器;小信号模型;状态空间平均法;建模;闭环控制;MATLAB 【作者】孙路;陆亭华;赵继敏【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TP391.9开关电源建模一直是电力电子理论研究领域的重要内容之一［1］4，而分析和建模过程中使用的方法多种多样，本文基于状态空间平均法来实现模型的建立，分析模型与电路在动态和稳态响应方面的差异。
通常，开关变换器的分析和建模都假定在理想条件下，忽略了器件及电路寄生参数的影响。
这样简化虽然方便了建模，但所建模型与实际电路存在一定的偏差。
本文以Buck变换器为例，主要考虑了电路的寄生参数而建立其非理想模型，从而考察连续导电（CCM）模式下电路寄生参数对输出特性的影响。
状态空间平均法即在一个开关周期内求变量平均值的方法，并以状态方程的形式建立各平均变量间的关系，进而建立平均状态方程。
该方法能消除变换器中高频纹波对各变量的影响，是为DC-DC变换器建立直流和交流解析模型的有力工具。
CCM模式下的DC-DC变换器，通常在一个开关周期内，可以将变换器的工作过程分为两个阶段，对应开关元件有不同的工作状态，针对不同阶段分别列出状态方程。
DCDC转换器高频模型建立与设计软件
DCDC转换器高频模型建立与设计软件在现代电子系统中，DCDC转换器是一种非常常见的电源转换设备。
它可以将直流电压转换为不同电压级别的输出，以满足各种电子设备的电源需求。
在DCDC转换器的设计过程中，高频模型的建立是非常重要的一步，它可以帮助工程师快速准确地评估和优化转换器的性能。
本文将介绍DCDC转换器高频模型建立及其相关的设计软件。
一、高频模型建立方法在DCDC转换器的建模过程中，高频模型是用于描述转换器在高频工作条件下的电压、电流等信号响应的数学模型。
常见的高频模型建立方法包括平均值模型、状态空间模型和开关函数模型等。
1. 平均值模型平均值模型是一种简化的建模方法，它基于平均值原理，将转换器的输入输出等效为恒定的电压和电流。
平均值模型建立简单、计算量小，适用于快速评估转换器的基本性能。
然而，由于忽略了高频开关行为，平均值模型不能准确地描述转换器的高频响应。
2. 状态空间模型状态空间模型是一种较为精确的高频建模方法，它以转换器内部的电压、电流等状态量为基础，通过建立状态方程和输出方程来描述转换器的动态行为。
状态空间模型可以较为准确地预测转换器在不同工况下的高频响应，但其建模过程相对复杂，需要对转换器的动态特性有较深入的理解。
3. 开关函数模型开关函数模型是一种针对开关型转换器的特殊建模方法，它基于开关管的导通和关断过程，将转换器的高频行为建模为开关函数。
开关函数模型在建模精度和计算效率方面表现优秀，适用于复杂的高频分析和设计优化。
二、DCDC转换器设计软件除了手工建立高频模型外，工程师还可以利用专门设计的软件来辅助DCDC转换器的设计和分析。
以下是一些常用的DCDC转换器设计软件：1. PLECSPLECS是一款基于MATLAB/Simulink平台的电源电子仿真软件，在DCDC转换器的高频建模和性能评估方面具有较强的功能。
PLECS 提供了丰富的电源电子元件模型和高频建模工具，可以帮助工程师快速准确地建立DCDC转换器的高频模型，并进行系统级的性能分析和优化。
DC-DC变换器平均模型建模及仿真
I. 引言现代电子设备和电子系统通常由高密度、高速度的电路组成，这样的电路具有低压大电流的特性。
为了带动这样的负载，电源必须能在一个很宽的电流范围内提供稳定的电压，其稳态及暂态的整流特性也必须相当出色。
建模与仿真在现代DC-DC变换器的设计过程中扮演了很重要的角色。
它能让工程师在制作实际电路之前评估变换器的性能。
因此，我们可以在设计之初就发现并更正可能存在的设计缺陷，以提高生产率并节约生产本钱。
DC-DC变换器的建模和仿真在过去的十年里是一个热点[1]。
一般来说，变换器建模方法有两种：开关模型、平均模型。
在开关模型中，模型仿真了变换器的开关动作，仿真波形是包含了开关纹波的波形，这与实际看到的波形很相似。
而平均模型只仿真了变换器的平均特性，仿真波形也是平滑而连续的，这个波形代表了平均值而非实际值。
众所周知，对平均模型进展仿真要比开关模型快。
因此，平均模型常用于变换器动态性能的总体评估。
在过去，平均模型的仿真主要是用SPICE来完成的[2]。
SPICE的缺点在于仿真的对象必须是电路的形式，如果模型原型是复杂的方程式，那么要花费很大的精力将其转换成等效的电路形式。
尽管SPICE的新版本也开场支持建立纯数学模型，但是改善仍然有限。
最近，参考文献[3]介绍了一个不错的可以用在DC-DC变换器建模和仿真方面的工具——SIMULINK[4]。
然而，作者使用的变换器模型是线性化的，在大信号条件下，这个模型的仿真效果并不理想。
为了克制上述缺点，本论文讨论了如何应用SIMULINK在大信号条件下对DC-DC变换器进展平均模型的建模与方针。
本文拓展了文献[3]的研究，在变换器的功率和控制局部使用了非线性化的模型，从而改良了模型在大信号条件下的仿真效果。
下面将分别讨论Buck变换器的非线性化的模型，及相关的三个输出电压控制策略。
A. Buck变换器主电路拓扑Buck变换器主拓扑如图1所示：图1 Buck变换器Fig.1. Buck Converter在电流连续的模式下〔CCM〕——即开关开通的时候，电感电流连续——变换器表现为两个电路状态。
一种DC-DC变换器在电感电流连续状态下的建模及仿真
一种DC-DC变换器在电感电流连续状态下的建模及仿真胡维庆;秦杰;乔爽
【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2010(000)033
【摘要】DC-DC变换器具有效率高、体积小、控制精度好、可靠性高等优点,越来越广泛应用于各个领域.建模与仿真对DC-DC变换器系统的分析与设计很重要,能够更有效地设计功率变换器.讨论了利用状态空间平均法对Boost变换器建立数学模型,并利用Matlab进行了仿真.
【总页数】1页(P28)
【作者】胡维庆;秦杰;乔爽
【作者单位】黑龙江工程学院,电子工程系,黑龙江,哈尔滨,150050;黑龙江工程学院,电子工程系,黑龙江,哈尔滨,150050;黑龙江工程学院,电子工程系,黑龙江,哈尔滨,150050
【正文语种】中文
【相关文献】
1.多重化双向DC-DC变换器在DCM状态下电感电流纹波研究 [J], 张骁;宋义超
2.不连续电感电流状态下Buck变换器的建模 [J], 张剑刚;谢运祥;王浩
3.电感电流伪连续导电模式下Buck变换器的动力学建模与分析 [J], 李振华;周国华;刘啸天;冷敏瑞
4.一种无辅助开关的DC-DC变换器软开关建模与仿真 [J], 杨儒龙;刘述喜;李科娜
5.基于Simulink的Buck型DC-DC变换器的建模与仿真 [J], 邹耀; 鲍嘉明; 陈亮; 宋奇伟
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DCDC变换器模型建立与仿真平台
DCDC变换器模型建立与仿真平台DCDC变换器是一种常见的电力电子转换器，在许多电子系统中得到广泛应用。
建立和仿真DCDC变换器的模型对于设计和优化电子系统至关重要。
本文将介绍DCDC变换器的模型建立和仿真平台，并探讨其在电力电子系统设计中的重要性。
I. 引言DCDC变换器是一种电源转换装置，用于将输入直流电压转换为不同电压级别的输出直流电压。
它由功率开关器件和控制电路组成，可以实现高效能量转换和电压调节功能。
在电子设备中，DCDC变换器广泛应用于手机、电子车辆、太阳能系统等领域。
II. 模型建立为了建立DCDC变换器的模型，需要考虑功率开关器件的特性、电感和电容的参数以及控制策略等因素。
常见的DCDC变换器拓扑有Boost、Buck和Buck-Boost等，下面以Buck变换器为例进行说明。
1. Buck变换器模型Buck变换器模型由输入电压源、开关器件、电感、电容和负载组成。
在建立模型时，需要考虑开关器件的导通和关闭状态，在导通状态下引入开关电阻，同时考虑电感和电容的动态响应。
2. 参数提取为建立准确的DCDC变换器模型，需要提取器件的参数，比如开关器件的导通电阻、电感的值以及电容的等效串联电阻等。
这些参数可以通过实验测试或者仿真工具进行提取。
III. 仿真平台为了对DCDC变换器的性能进行评估和优化设计，需要使用适合的仿真平台。
常用的仿真工具有PSIM、LTspice和Simplis等。
这些仿真工具提供了丰富的模型库和电路分析功能，可以方便地建立和仿真DCDC变换器模型。
1. 仿真模型建立在仿真平台中，可以根据前面提到的DCDC变换器模型建立电路拓扑，并输入相应的参数。
然后，可以选择适当的控制策略和工作状态，例如恒定频率、恒定占空比等进行仿真。
2. 性能评估和优化通过仿真平台可以评估DCDC变换器的性能，比如输出电压波形、效率和稳定性等。
根据仿真结果，可以进行参数调整和拓扑结构的优化，以满足特定的应用需求。