[发明专利]一种多相DCDC变换器的建模方法

说明书

本发明涉及一种多相DCDC变换器的建模方法，该方法充分考虑了多相DCDC变换器的电感耦合、杂散参数和非对称问题，利用电路微分方程的线性特性，将状态方程的乘累加过程转化为矩阵元素的线性运算，最终将多相变换器小信号建模的困难绕开，得到基于改进开关周期平均法的多相变换器状态空间模型。该方法消除了传统多相变换器状态空间平均建模的复杂中间过程，大大简化了计算，并且具有较好的通用性，不同拓扑的多相DCDC变换器均可通过该方法建立其模型。

技术领域

本发明涉及一种多相DCDC变换器的方法，可用于电力电子设备领域。

背景技术

电力电子器件或功率模块的能力有限，限制了DC/DC变换器的功率提升。为了满足燃料电池汽车动力系统DC/DC变换器的大功率、高功率密度需求，通常采用多相并联的拓扑结构，由多组器件合力实现功率需求。多相DCDC变换器也因其具有大功率、高功率密度、控制灵活以及可靠性高的特点，成为了国内外研究的热点。

常用的电力电子变换器建模方法有两类：理论建模法，指开关周期平均和状态空间平均等方法；另一类是基于仿真和测试的网络分析法。基于仿真和测试的网络分析法无法了解系统的内部结构，不能掌握全面的系统特性，传统的开关周期平均和状态空间方法需要对开关状态进行一一列写，大功率多相DC/DC变换器受器件参数变化、杂散参数、和结构不对称等多种因素影响，单周期内工作状态复杂多变，因此要完整列写所有开关状态下的微分方程并求解十分困难；而且多相DCDC变换器结构复杂，拓扑繁多，加上相间存在的耦合关系，想要建立准确实用的多相DCDC变换器模型更是难上加难。

发明内容

针对现有多相DCDC建模方法中的不足，本发明提出一种计算简单、模型准确、通用性高的多相DCDC建模方法，适用于boost、buck、双向，多相、单相等多种拓扑。

技术方案

为解决多相DCDC变换器建模困难的问题，本发明提出了一种计算简单模型准确的多相DCDC变换器建模方法。该方法充分考虑了多相DCDC变换器的电感耦合、杂散参数和非对称问题，利用电路微分方程的线性特性，将状态方程的乘累加过程转化为矩阵元素的线性运算，最终将多相变换器小信号建模的困难绕开，得到基于改进开关周期平均法的多相变换器状态空间模型。该方法消除了传统多相变换器状态空间平均建模的复杂中间过程，大大简化了计算，并且具有较好的通用性，不同拓扑的多相DCDC变换器均可通过该方法建立其模型。

一种多相DCDC变换器的建模方法，其特征是，包括步骤：

步骤1：列写多相DCDC变换电路开关向量微分方程

模型采用多相DCDC电路拓扑，整个电路含有M组耦合电感，每组耦合电感又由N个相互耦合的电感组成，每相电感构成一个boost电路，通过改变互感数和相数即可演变成单相、磁集成多相、耦合电感多相等多种DCDC变换器结构；

所述含有二次非线性成分的动态小信号模型推导过程如下：

根据基尔霍夫定律，推导出电路微分方程如下：

其中i，j分别是闭区间[1，M]和[1，N]上的整数，各参数定义如下表：

s_ij(t)第i组第j相的开关状态，具体定义见公式(2)；

选取电感电流和输出电压作为状态变量，输入电压、输出电流和二极管压降作为干扰输入，将公式(1)写成如式(3)所示的状态空间方程：

x、w、S(t)分别为状态变量、输入变量和开关向量，K、A、B则为对应的系数矩阵；