非隔离式直流变换器的建模研究

论文摘要

高功率密度、高效、高可靠性、体积小、重量轻等特点的开关电源已在航空、航天、通信、计算机等领域得到了广泛的应用。开关电源的核心是开关变换器。对开关变换器准确的建模无疑是对开关电源的设计和分析起到关键性作用。而开关变换器本质是非线性的、多模态的、时变的动态系统,一般无法直接用经典的线性系统理论对其进行建模。本文运用状态空间平均法和欧拉公式对DC-DC变换器进行建模研究。本文对DC-DC变换器的建模方法进行了分析、综合和总结,指出状态空间平均法的建模特点；根据非隔离式DC-DC变换器的工作特点,在小信号、低频、小纹波三个假设条件下,建立了二电平DC-DC变换器,三电平DC-DC变换器在电感电流连续导电模式下的统一数学模型。并用此方法对二电平、三电平的Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta电路拓扑进行了建模研究；完成了同一电平不同电路拓扑和相同电路拓扑不同电平的DC-DC变换器的数学建模。利用所建立的数学模型,按照反馈控制规律设计出合理的调节器组建了闭环控制系统,仿真和实验的结果表明了组建的闭环自动控制系统具有良好的动、静态特性。从而验证了此建模方法以及设计的调节器具有合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 DC-DC开关变换器建模方法概述
• 1.3 状态空间平均法
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 本文研究意义
• 2 二电平直流变换器的建模研究
• 2.1 基于状态空间平均法的二电平DC-DC统一建模
• 2.1.1 二电平DC-DC状态空间平均法建模条件
• 2.1.2 建模步骤
• 2.2 Buck直流变换器建模
• 2.3 Boost直流变换器建模
• 2.4 Buck-Boost直流变换器建模
• 2.5 Cuk直流变换器建模
• 2.6 Sepic直流变换器建模
• 2.7 Zeta直流变换器建模
• 2.8 电平直流变换器数学模型实验验证
• 2.8.1 Buck直流变换器实验验证
• 2.8.2 Boost直流变换器实验验证
• 2.9 本章小结
• 3 三电平直流变换器的建模研究
• 3.1 基于状态空间平均法的三电平DC-DC统一建模
• 3.1.1 三电平DC-DC状态空间平均法建模条件
• 3.1.2 建模步骤
• 3.2 Buck三电平直流变换器建模
• 3.2.1 非改进型Buck三电平直流变换器建模
• 3.2.2 改进型Buck三电平直流变换器建模
• 3.3 Boost三电平直流变换器建模
• 3.3.1 非改进型Boost三电平直流变换器建模
• 3.3.2 改进型Boost三电平直流变换器建模
• 3.4 Buck-Boost三电平直流变换器建模
• 3.4.1 非改进型Buck-Boost三电平直流变换器建模
• 3.4.2 改进型Buck-Boost三电平直流变换器建模
• 3.5 Cuk三电平直流变换器建模
• 3.5.1 非改进型Cuk三电平直流变换器建模
• 3.5.2 改进型Cuk三电平直流变换器建模
• 3.6 Sepic三电平直流变换器建模
• 3.6.1 非改进型Sepic三电平直流变换器建模
• 3.6.2 改进型Sepic三电平直流变换器建模
• 3.7 Zeta三电平直流变换器建模
• 3.7.1 非改进型Zeta三电平直流变换器建模
• 3.7.2 改进型Zeta三电平直流变换器建模
• 3.8 三电平直流变换器数学模型实验验证
• 3.8.1 Buck三电平直流变换器实验验证
• 3.8.2 Boost三电平直流变换器实验验证
• 3.9 本章小结
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及参与的科研项目