[发明专利]一种基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法

说明书

本发明公开了一种基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法，该方法通过将非线性的变换器电路系统分成两个线性的子系统(ON态和OFF态)，然后按照信号的流动方向以及信号的形式得到两个子系统的信号流图，并将两个子系统的信号流图相互关联起来，最后经过替换操作即可得到开关电源变换器的拓扑(诸如Sepic、Cuk、Zeta等高阶电路)的大信号模型和小信号模型，整个建模过程都以信号流图为操作对象，直观简洁，无需复杂的数学计算，运算比较简单，为更进一步的电路设计奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种建模方法，具体涉及一种基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

DC-DC开关电源具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，现已被广泛应用于通信、计算机、工业设备、家用电器等领域。对于开关电源变换器的拓扑(诸如BUCK、BOOST、BUCK-BOOST)的小信号建模，状态空间平均法、开关元件平均模型法、开关网络平均模型法已经得到广泛应用，但对于Sepic、Cuk、Zeta等高阶电路，运用以上方法则需进行复杂的数学运算，特别麻烦。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种运算比较简单的基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步：将非线性的变换器电路系统拆分成两个线性的子系统——ON态和OFF态，并标明回路中的电压方向和电流方向；

第2步：分别画出变换器的ON态的电流环路所对应的信号流图G_on和OFF态的电流环路所对应的信号流图G_off，然后将两个信号流图合并起来形成整个变换器电路系统的信号流图G；

第3步：将变换器电路系统的信号流图G中的开关k用占空比控制信号d(t)和输入变量信号x(t)相乘的方式进行替换，将开关用占空比控制信号d'(t)和输入变量信号x(t)相乘的方式进行替换，替换后即得到整个变换器电路系统的大信号模型；

第4步：将变换器电路系统的信号流图G中的开关k用占空比扰动控制信号和输入变量扰动信号相加的方式进行替换，将开关用占空比扰动控制信号和输入变量扰动信号相加的方式进行替换，替换后即得到整个变换器电路系统的小信号模型。

前述的基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法，其特征在于，在第2步中，还包括对信号流图G做简化处理的步骤。

前述的基于信号流图法的高阶开关电源变换器建模方法，其特征在于，在第4步中，还包括根据得到的整个变换器电路系统的小信号模型和自动控制原理中的梅森公式写出输入到输出的传递函数以及占空比到输出的传递函数的步骤。

本发明的有益之处在于：通过将非线性的变换器电路系统分成两个线性的子系统(ON态和OFF态)，然后按照信号的流动方向以及信号的形式得到两个子系统的信号流图，并将两个子系统的信号流图相互关联起来，最后经过替换操作即可得到开关电源变换器的拓扑(诸如Sepic、Cuk、Zeta等高阶电路)的大信号模型和小信号模型，整个建模过程都以信号流图为操作对象，直观简洁，无需复杂的数学计算，运算比较简单，为更进一步的电路设计奠定了基础。

附图说明

图1是BUCK-BOOST变换器的电路图；

图2(a)是图1中的BUCK-BOOST变换器的ON态的电流环路图；

图2(b)是图1中的BUCK-BOOST变换器的OFF态的电流环路图；

图3(a)是图2(a)中的ON态的电流环路对应的信号流图；