DC-DC开关变换器闭环系统非线性分析方法研究

本文着重于DC-DC 开关变换器闭环系统非线性分析方法的研究。 根据开关功率变换器闭环系统的非线性本质,从非线性理论的角度研究其运行机理,以及大信号扰动下变换器闭环系统的稳定性分析是目前国际功率电子学的研究重点及难点之一。在全面回顾现有的闭环系统大信号分析方法后(第二章),本文认为,适于强非线性系统分析的等效小参量符号法具有明显的优越性,将其推广于变换器闭环系统的建模与分析当中颇具实际意义。基于此,本文进行了如下研究(第三~八章): 1.大信号统一建模方面: 通过引入表征开关通断状态的开关函数,建立了基本PWM 变换器工作于连续导电(CCM)及不连续导电模式(DCM)下统一的非线性大信号等效电路模型及数学描述(第三章)。该方法易推广到准谐振类变换器的建模分析中(第七章)。 2.变换器闭环系统稳态符号分析法方面: (1)建立了CCM 和DCM 工作的占空比控制PWM 变换器闭环系统的数学模型及以状态变量的函数描述的占空比方程,并基于等效小参量分析法提出了分析闭环系统的单重迭代符号算法和双重迭代符号算法。首次获得闭环系统以符号表示的状态变量和占空比纹波的解析解,易于掌握电路的工作机理,在工程设计及计算机符号分析当中具有明显的应用价值(第四、五章)。 (2)将所提出的算法推广到恒频电流模控制变换器闭环系统的分析中(第六章),提出了占空比的精确确定法及简化确定法。其中,前者不需要有波形线性及小纹波假设,具有更广阔的适用性。而后者在工程简化分析中具有重要意义。 (3)提出了调频准谐振变换器的降阶及全阶模型(第七章)。其中全阶模型同PWM 变换器的分析具有相同的形式,统一了PWM 类及谐振类变换器的分析,并能较直观地说明谐振状态变量的高次谐波分量对输出滤波状态变量并没有很大的影响。因而利用等效小参量法分析时,迭代较少的次数即可得到较准确的低频变量的稳态周期解,这正是本算法的优越性所在。 本文所提出的闭环系统分析方法在电流模控制变换器及准谐振变换器中的推广应用表明了本方法具有宽广的应用前景,因为它们是传统PWM 变换技术在控制