理论教育 提高电网平稳性的平均开关模型

提高电网平稳性的平均开关模型

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:下面以SEPIC变换器为例介绍平均开关模型的求取。图4-3 CCM SEPIC变换器端口波形为了获得平均开关模型,要对电路求平均。平均开关模型与开关频率、谐波、变换器的各物理量的波形无关,仅含有直流成分和低频交流成分,它是大信号平均开关模型。

提高电网平稳性的平均开关模型

为了获得开关模型,首先要将一个开关变换器分成开关网络和无源元件组成的时不变线性网络,然后运用电路平均技术,在保持拓扑结构不变的条件下用等效电压源或等效电流源取代开关网络。下面以SEPIC变换器为例介绍平均开关模型的求取。如图4-2a所示为SEPIC变换器,如图4-2b所示给出了从SEPIC变换器分离开关网络的示意图,如图4-2c所示为一般开关网络示意图,如图4-2d所示为开关网络的等效电路,图中,开关网络中的功率器件之间没有电的联接,且对端口电压和电流的波形无特殊要求。

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图4-2 SEPIC变换器

a)SEPIC变换器电路 b)从SEPIC变换器中分离的开关网络 c)一般开关网络 d)等效电路

如图4-2所示的开关网络是二端口网络,在其四个变量u1t)、i1t)、u2t)、i2t)中,只有两个独立变量,可定义这两个独立变量为输入变量,而定义其余两个非独立变量为输出变量。一般在CCM下DC-DC变换器中,选择一个端口电压和一个端口电流作为独立输入,故选择i1t)和u2t)作为开关网络的独立输入,占空比dt)为独立输入控制量。

如图4-2d所示,可用独立电压源和独立电流源代替开关网络中的两个独立输入变量i1t)和u2t),用受控源表示非独立输出变量u1t)和i2t),由于没有引入任何近似,这种表示并没有改变端口的特性,因此开关网络的端口波形与开关网络的等效电路的波形是一致的,如图4-3所示。

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图4-3 CCM SEPIC变换器端口波形

为了获得平均开关模型,要对电路求平均。一个基本假设为:变换器网络时间常数远远大于开关周期Ts。这样在一个开关周期内求端口波形的平均,所得结果不会影响系统的响应。

在(0,dTs)时间内,SEPIC变换器的开关管VF导通,二极管VD截止,等效电路如图4-4所示,由图示可得如下表达式:

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图4-4 VF导通时SEPIC变换器等效电路(www.daowen.com)

在(dTsTs)时间内,SEPIC变换器的开关管VF截止,二极管VD导通,等效电路如图4-5所示,由图示可得如下表达式:

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在一个开关周期内,对端口变量求平均值,则根据式(4-1)和式(4-2)

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图4-5 VF截止时SEPIC变换器等效电路

可得

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将选定的非独立输出变量用独立输入变量和输入控制量表示,根据式(4-3)可得

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根据式(4-4),可得到用平均开关模型表示的开关网络的平均等效电路如图4-6所示,图中受控电压源和受控电流源由式(4-4)给出。平均开关模型(即平均等效电路模型)与开关频率、谐波、变换器的各物理量的波形无关,仅含有直流成分和低频交流成分,它是大信号平均开关模型。因此,这个非线性、大信号时不变模型用于研究扰动信号远小于开关频率的变换器特性时是合适的,它适用于各种在CCM下的双开关变换器。

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图4-6 开关网络的平均等效电路

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