單邊橋pwm調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，包括以下步驟：1)選定初級直流電壓v1、二次側(cè)直流電壓v2以及變壓器電流it為狀態(tài)變量建立狀態(tài)方程；2)將步驟1)中所選定的狀態(tài)變量采用傅里葉級數(shù)表示；3)將步驟2)中得到的以傅里葉級數(shù)表示的狀態(tài)變量代入步驟1)中的狀態(tài)方程中，得到一個以步驟1)中選定的狀態(tài)變量的各個傅里葉系數(shù)為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程矩陣；4)采用小信號擾動假設技術，將小信號擾動引入到步驟3)中獲得的狀態(tài)方程矩陣，并進行整理化簡，得到單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的模型。本發(fā)明由于保留了電感電流更多的高次信息，建模結(jié)果相比現(xiàn)有的平均模型更加精確。
【專利說明】單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明專利屬于雙向全橋直流變換器的應用領域，具體涉及一種單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法。
【【背景技術】】
[0002]雙向全橋直流變換器由一個高頻變壓器連接兩個全橋電路構(gòu)成，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖一所示。它是一種隔離型、雙向、升降壓型的直流變換器。它特別適合應用在高功率場合、智能電網(wǎng)、混合動力汽車以及三端直流網(wǎng)絡。它的特點是無源器件數(shù)量少、高功率密度及由于軟開關帶來的高效率。
[0003]一個閉環(huán)控制控制器被用于調(diào)節(jié)雙向全橋直流變化器的輸出。而控制器的設計依賴于變換器的小信號平均模型?，F(xiàn)在有兩種針對雙向直流變化器的建模途徑:I)忽略掉變壓器電流的簡化降階模型2)可以表征變壓器電流的全階離散時間模型。
[0004]由于變換器中電壓器的電流是一個純AC量，無法采用傳統(tǒng)的平均建模方法。為了繼續(xù)采用傳統(tǒng)的平均建模方法，故采用忽略掉變壓器電流的方法得到一個簡化的降階模型。這種方法雖然有比較簡單的模型推導過程，但無法表征變壓器電流的動態(tài)特性。為了能夠預測變壓器電流的動態(tài)特性，故建立了全階的離散時間模型，即第二種建模途徑。離散時間模型是一種針對有大幅度變化和諧振的變換器的有效建模方法。在低頻段，全階離散時間模型相比于降階模 型能夠獲得更高的精度。但是，由于推導過程復雜，計算繁瑣，不適合于應用在控制器的工程實踐中。
[0005]雙向全橋直流變換器有很多種調(diào)制方法，即純移相調(diào)制、單邊橋PWM調(diào)制和雙邊PWM調(diào)制。純移相調(diào)制方法實現(xiàn)簡單，但能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關的范圍較?。粏芜厴騊WM調(diào)制和雙邊PWM調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)更為廣的軟開關范圍，但實現(xiàn)相對復雜。然而，上述針對雙向全橋直流變換器的建模都僅僅局限在純移相調(diào)制方法下，對其他的調(diào)制方法下雙向全橋直流變化器的運行沒有涉及。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供了一種單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，包括以下步驟:
[0009]I)選定初級直流電壓V1、二次側(cè)直流電壓V2以及變壓器電流it為狀態(tài)變量建立狀態(tài)方程；
[0010]2)將步驟I)中所選定的狀態(tài)變量采用傅里葉級數(shù)表示；
[0011]3)將步驟2)中得到的以傅里葉級數(shù)表示的狀態(tài)變量代入步驟I)中的狀態(tài)方程中，得到一個以步驟I)中選定的狀態(tài)變量的各個傅里葉系數(shù)為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程矩陣；
[0012]4)采用小信號擾動假設技術，將小信號擾動引入到步驟3)中獲得的狀態(tài)方程矩陣，并進行整理化簡，得到單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的模型。
[0013]本發(fā)明進一步改進在于，步驟I)中，雙向全橋直流變換器在單邊PWM調(diào)制方法下的運行波形中，移相角為P，電壓器初級電壓占空比為m，且滿足n(l-m)/2< φ<π(I +mJ/2 ,建立如下式所示狀態(tài)方程:
【權利要求】
1.單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選定初級直流電壓V1、二次側(cè)直流電壓V2以及變壓器電流it為狀態(tài)變量建立狀態(tài)方程； 2)將步驟I)中所選定的狀態(tài)變量采用傅里葉級數(shù)表示； 3)將步驟2)中得到的以傅里葉級數(shù)表示的狀態(tài)變量代入步驟I)中的狀態(tài)方程中，得到一個以步驟I)中選定的狀態(tài)變量的各個傅里葉系數(shù)為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程矩陣； 4)采用小信號擾動假設技術，將小信號擾動引入到步驟3)中獲得的狀態(tài)方程矩陣，并進行整理化簡，得到單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的模型。
2.根據(jù)權利要求1所述的單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，其特征在于，步驟I)中，雙向全橋直流變換器在單邊PWM調(diào)制方法下的運行波形中，移相角為爐，電壓器初級電壓占空比為m，且滿足
3.根據(jù)權利要求2所述的單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，其特征在于，步驟2)中，對步驟I)中的狀態(tài)量初級直流電壓V1、二次側(cè)直流電壓V2以及變壓器電流it用傅里葉級數(shù)表示，具體如下:
4.根據(jù)權利要求3所述的單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，其特征在于，將步驟2)中獲得的以傅里葉級數(shù)表示的狀態(tài)量代入步驟I)中的狀態(tài)方程，得到一個以步驟I)中選定的狀態(tài)變量的各個傅里葉系數(shù)為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程矩陣，如下式所示:
5.根據(jù)權利要求4所述的單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的建模方法，其特征在于，采用小信號擾動假設技術，將小信號擾動引入到步驟3)中獲得的狀態(tài)方程矩陣，忽略出現(xiàn)的高階量，其中，高階量為多個擾動量之間的乘積，得到單邊橋PWM調(diào)制下雙向全橋直流變換器的模型如下式:
【文檔編號】G06F17/50GK103997216SQ201410222673
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】高遠, 王躍, 黃珺 申請人:西安交通大學