[发明专利]一种通用开关电容建模模块及其建模方法

说明书

本发明公开了一种应用于开关电源的通用开关电容建模模块及其建模方法，该通用开关电容模块共有六个外部端子，内部包括两组互补工作的开关支路和一个等效可变电容器，共有四种工作模式，可便捷地用于各种含开关电容单元的开关电源变换器建模。所提出的通用建模方法，预先完成了该通用开关电容模块的稳态模型、大信号模型和小信号模型的建模，通过将待建模开关电源变换器表示为该通用开关电容模块模型加外部线性网络的形式，可便捷地得到各种含有开关电容单元的开关电源模型。本发明是一种新型开关电源建模方法，可简化含开关电容单元变换器的建模过程。模型考虑了系统的阻性寄生参数具有较高建模精度，涵盖了常用的大信号模型、稳态模型和小信号模型，可用于系统特性分析和控制器设计，具有广泛适用性。

技术领域

本发明涉及电力变换器建模技术，具体涉及一种应用于开关电源的通用开关电容(GSCS)建模模块及其建模方法。

背景技术

现代开关电源拓扑常采用开关电容单元提高输出电压增益、实现电路软开关性能、提高功率密度等。常见的开关电容单元结构包括串并联型、电压倍增型、 Fibonacci型、Doubler型、Dickson型、Ladder型等；其级联方式多种多样，结构较为复杂、且常呈现多单元级联结构。根据充放电工作方式不同，开关电容单元工作模式又可分为谐振、准谐振、纯电容一阶电路模式、线性电流充放电模式等，复杂的工作状态进一步增加了建模分析的难度。传统的建模方法如状态空间平均法(SSA)、平均开关模型法可用于特定开关电源的平均化建模。对于开关电容型拓扑，随着电路工作状态、器件数量的提升，建模工作量和复杂度大大提升，给研究涉及工作带来困难。

发明内容

开关电容单元常用于开关电源拓扑，含有谐振、准谐振、纯电容一阶电路模式、线性电流充放电模式等多种工作模式，建模过程复杂，动态特性分析带来挑战。本发明的目的在于提供一种通用的、面向多种开关电源工作模式的通用建模模块及方法，可以广泛的对各类含有开关电容单元的拓扑进行通用建模，减少此类拓扑建模过程，以解决现有技术下此类拓扑建模面临的上述困难。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于开关电源的通用开关电容建模模块(GSCS)，其特征在于，有6个端子，即0号端子、1号端子、2号端子、3 号端子、4号端子和5号端子连接外部线性电路，0号端子连接等效电压源vo，1号端子连接等效电流源i₁，2号端子连接等效电流源i₂，3号端子连接等效电压源v₃， 4号端子连接等效电压源v₄，5号端子连接等效电压源v₅。

GSCS模块内部包含两对互补工作的开关支路分别是K₁(d)、K₁’(d′)和K₂(d)、 K₂’(d′)，其中，K₁(d)、K₁’(d′)构成左桥臂，K₂(d)、K₂’(d′)构成右桥臂，K₁(d)、K₁’(d′) 互补工作，K₂(d)、K₂’(d′)互补工作。GSCS模块内部还包括一个等效可变电容Ceq 和一个串联等效寄生电阻r_eq；