本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

由于變換器中存在非線性的開(kāi)關(guān)器件，開(kāi)關(guān)電源屬于非線性系統(tǒng)，因此用傳統(tǒng)的線性系統(tǒng)理論對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行穩(wěn)定性分析比較復(fù)雜麻煩。考慮到直流變換器在應(yīng)用時(shí)，必須要具備較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，也就意味著，必須設(shè)計(jì)性能良好的穩(wěn)壓控制器，所以要對(duì)變換器進(jìn)行小信號(hào)建模分析。為了得到開(kāi)關(guān)電源在低頻、小信號(hào)下的模型與性能，可利用狀態(tài)空間平均法(state-spaceaveragingmethod)來(lái)分析變換器模型。在開(kāi)關(guān)數(shù)量較多，開(kāi)關(guān)時(shí)序復(fù)雜的情況下，利用變換器動(dòng)力學(xué)方程建立變換器的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，且不能統(tǒng)一地表述變換器在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期的行為。因此用一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來(lái)完整的描述變換器的行為，這就亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析優(yōu)化方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析方法。建立降壓模式和升壓模式下的兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的狀態(tài)空間描述?；跔顟B(tài)空間描述得到變換器在兩種模式下的狀態(tài)平均方程。在狀態(tài)平均方程引入小信號(hào)擾動(dòng)，推導(dǎo)出兩種模式下的傳遞函數(shù)。

本發(fā)明公開(kāi)一種基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析優(yōu)化方法，包括如下步驟：

s1，獲取dc-dc變換器的狀態(tài)參數(shù)，建立降壓模式和升壓模式下的兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的狀態(tài)空間描述；

s2，基于狀態(tài)空間描述得到dc-dc變換器在兩種模式下的狀態(tài)平均方程；

s3，在狀態(tài)平均方程引入小信號(hào)擾動(dòng)，推導(dǎo)出兩種模式下的傳遞函數(shù)；從而控制dc-dc變換器的電壓輸出，保證精準(zhǔn)控制電壓輸出。

所述的基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析優(yōu)化方法，優(yōu)選的，所述s1包括：

建立降壓模式下的兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)空間描述：

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3導(dǎo)通，q2和q4關(guān)斷時(shí)，電路的狀態(tài)空間描述為

其中，

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3關(guān)斷，q2和q4導(dǎo)通時(shí)，電路的狀態(tài)空間描述為：

其中，

其中，lm是勵(lì)磁電感，l2是變壓器二次側(cè)電感，c1是c1的電容值，cl是低壓側(cè)輸出濾波電容的電容值，ro，l是降壓模式下輸出負(fù)載，是勵(lì)磁電感電流，i2是二次側(cè)電感電流，vc1是電容c1兩側(cè)電壓，vc2是電容c2兩側(cè)電壓，是低壓側(cè)輸出濾波電容電壓，vo，l是降壓模式下輸出電壓，vi，h是降壓模式下輸入電壓，n為變壓器匝比；

建立升壓模式下的兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)空間描述：

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3導(dǎo)通，q2和q4關(guān)斷時(shí)，電路的狀態(tài)空間描述為

其中，

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3關(guān)斷，q2和q4導(dǎo)通時(shí)，電路的狀態(tài)空間描述為

其中，

其中，lm是勵(lì)磁電感，l2是變壓器二次側(cè)電感，c1是c1的電容值，ch是高壓側(cè)輸出濾波電容的電容值，ro，h是升壓模式下輸出負(fù)載，是勵(lì)磁電感電流，i2是二次側(cè)電感電流，vc1是電容c1兩側(cè)電壓，vc2是電容c2兩側(cè)電壓，是高壓側(cè)輸出濾波電容電壓，vo，h是升壓模式下輸出電壓，vi，l是升壓模式下輸入電壓，n為變壓器匝比。

所述的基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析優(yōu)化方法，優(yōu)選的，所述s2包括：

降壓模式下的狀態(tài)空間平均方程：

升壓模式下的狀態(tài)空間平均方程：

所述的基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析優(yōu)化方法，優(yōu)選的，所述s3包括：

假設(shè)變換器在直流穩(wěn)定狀態(tài)點(diǎn)[d，x，u]發(fā)生擾動(dòng)，也就是

其中，u和為輸入電壓，u為輸入電壓直流穩(wěn)定狀態(tài)值，為輸入電壓干擾值，x和為電路的狀態(tài)空間向量，x為電路的狀態(tài)空間直流穩(wěn)定狀態(tài)值，為電路的狀態(tài)空間干擾值，d和為電路控制占空比，d為電路控制占空比直流穩(wěn)定狀態(tài)值，為電路控制占空比干擾值；

并且假設(shè)，各個(gè)擾動(dòng)遠(yuǎn)小于變換器在靜態(tài)工作點(diǎn)的值

基于變換器在降壓模式和升壓模式下的狀態(tài)空間平均方程，加入小信號(hào)擾動(dòng)，同時(shí)忽略非線性狀態(tài)方程中的二階變動(dòng)項(xiàng)，可得到兩種模式下小信號(hào)擾動(dòng)狀態(tài)空間方程；

在降壓模式下的小信號(hào)擾動(dòng)狀態(tài)空間方程為：

而因此

其中，降壓向量

考慮輸出信號(hào)擾動(dòng)，則輸出方程為

由y＝c^tx得

上述小信號(hào)狀態(tài)空間方程拉式變換，得到

其中s為計(jì)算變量，

所以，電路的狀態(tài)空間s的多項(xiàng)式為：

輸出擾動(dòng)s的多項(xiàng)式

其中，i表示單位矩陣；

因此推導(dǎo)出變換器在降壓模式下輸入-輸出的傳遞函數(shù)以及占空比-輸出傳遞函數(shù)；

輸入-輸出傳遞函數(shù)：

占空比-輸出傳遞函數(shù)：

其中，vg為輸入電壓；

同理，得到升壓模式下的輸入-輸出傳遞函數(shù)和占空比-輸出傳遞函數(shù)；

升壓模式下輸入-輸出傳遞函數(shù)：

占空比-輸出傳遞函數(shù)：

其中，升壓向量

通過(guò)升壓向量從而平衡電壓輸出值。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1.在開(kāi)關(guān)數(shù)量多，開(kāi)關(guān)時(shí)序復(fù)雜的情況，簡(jiǎn)化了模型分析優(yōu)化的過(guò)程。

2.該分析優(yōu)化方法可以在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完整的描述變換器的行為狀態(tài)。

3.該分析優(yōu)化方法根據(jù)分析變換器的動(dòng)力學(xué)模型得到一個(gè)數(shù)學(xué)模型，在接下來(lái)的控制器設(shè)計(jì)中，需基于該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而便于控制器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)dc-dc變換器電壓的精準(zhǔn)控制，穩(wěn)定輸出，達(dá)到預(yù)期的控制效果。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1高增益隔離型雙向dc-dc變換器電路圖；

圖2高增益隔離型雙向dc-dc變換器等效電路圖；

圖3變換器在降壓模式下q1和q3導(dǎo)通，q2和q4關(guān)斷時(shí)電路圖；

圖4變換器在降壓模式下q1和q3關(guān)斷，q2和q4導(dǎo)通時(shí)電路圖；

圖5變換器在升壓模式下q1和q3導(dǎo)通，q2和q4關(guān)斷時(shí)電路圖；

圖6變換器在升壓模式下q1和q3關(guān)斷，q2和q4導(dǎo)通時(shí)電路圖；

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

本發(fā)明提出了一種基于高增益隔離型雙向dc-dc變換器的分析方法，圖1為高增益隔離型雙向dc-dc變換器電路圖，圖2為該變換器的等效電路圖。

建立降壓模式下的兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)空間描述：

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3導(dǎo)通，q2和q4關(guān)斷時(shí)，此時(shí)變換器的等效電路圖如圖3所示，電路的狀態(tài)空間描述為

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3關(guān)斷，q2和q4導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)電路的等效電路圖如圖4所示，電路的狀態(tài)空間描述為：

其中，lm是勵(lì)磁電感，l2是變壓器二次側(cè)電感，c1是c1的電容值，cl是低壓側(cè)輸出濾波電容的電容值，ro，l是降壓模式下輸出負(fù)載，是勵(lì)磁電感電流，i2是二次側(cè)電感電流，vc1是電容c1兩側(cè)電壓，vc2是電容c2兩側(cè)電壓，是低壓側(cè)輸出濾波電容電壓，vo，l是降壓模式下輸出電壓，vi，h是降壓模式下輸入電壓。

建立升壓模式下的兩種開(kāi)關(guān)狀態(tài)空間描述：

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3導(dǎo)通，q2和q4關(guān)斷時(shí)，此時(shí)電路的等效電路圖如圖5所示，電路的狀態(tài)空間描述為

當(dāng)開(kāi)關(guān)q1和q3關(guān)斷，q2和q4導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)電路的等效電路圖如圖6所示，電路的狀態(tài)空間描述為

其中，lm是勵(lì)磁電感，l2是變壓器二次側(cè)電感，c1是c1的電容值，ch是高壓側(cè)輸出濾波電容的電容值，ro，h是升壓模式下輸出負(fù)載，是勵(lì)磁電感電流，i2是二次側(cè)電感電流，vc1是電容c1兩側(cè)電壓，vc2是電容c2兩側(cè)電壓，是高壓側(cè)輸出濾波電容電壓，vo，h是升壓模式下輸出電壓，vi，l是升壓模式下輸入電壓。

整個(gè)開(kāi)關(guān)周期的狀態(tài)方程式可以用兩個(gè)狀態(tài)下的平均狀態(tài)表示。因此，根據(jù)上述推導(dǎo)的降壓模式和升壓模式下的狀態(tài)空間方程，可以推導(dǎo)出碧娜喚起在降壓模式和升壓模式下，整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的狀態(tài)空間平均方程。

降壓模式下的狀態(tài)空間平均方程：

升壓模式下的狀態(tài)空間平均方程：

對(duì)變換器在降壓模式下和升壓模式下?tīng)顟B(tài)空間平均方程進(jìn)行小信號(hào)擾動(dòng)，即假設(shè)變換器在工作點(diǎn)[d，x，u]發(fā)生擾動(dòng)，也就是

并且假設(shè)，各個(gè)擾動(dòng)遠(yuǎn)小于變換器在靜態(tài)工作點(diǎn)的值

式中，u、d、x——直流穩(wěn)定狀態(tài)值。

基于變換器在降壓模式和升壓模式下的狀態(tài)空間平均方程，加入小信號(hào)擾動(dòng)，同時(shí)忽略非線性狀態(tài)方程中的二階變動(dòng)項(xiàng)，可得到兩種模式下小信號(hào)擾動(dòng)狀態(tài)空間方程。

在降壓模式下的小信號(hào)擾動(dòng)狀態(tài)空間方程為：

而因此

其中，

考慮輸出信號(hào)擾動(dòng)，則輸出方程為

由y＝c^tx可得

上述小信號(hào)狀態(tài)空間方程拉式變換，可得到

所以，

因此可以推導(dǎo)出變換器在降壓模式下輸入-輸出的傳遞函數(shù)以及占空比-輸出傳遞函數(shù)。

輸入-輸出傳遞函數(shù)：

占空比-輸出傳遞函數(shù)：

同理，可以得到升壓模式下的輸入-輸出傳遞函數(shù)和占空比-輸出傳遞函數(shù)。

升壓模式下輸入-輸出傳遞函數(shù)：

占空比-輸出傳遞函數(shù)：

其中，

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。