數字電流?？刂艬oost變換器的建模及穩(wěn)定性分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及開關變換器的建模，特別是涉及一種數字電流?？刂艬oost變換器的 建模及穩(wěn)定性分析方法。
【背景技術】
[0002] 開關電源是一個帶有閉環(huán)控制的高階-離散-非線性-時變系統，并且強非線性 是開關變換器的本質。因此，研究開關變換器的的建模方法、非線性機理及穩(wěn)定性分析是電 力電子學領域的重要內容。數字控制不僅具有高靈活性、可編程性等特點，而且可以采用更 先進的控制算法來提高功率開關變換器的綜合性能。因此，功率開關變換器由模擬控制轉 向數字控制成為電力電子功率變換器的一種發(fā)展趨勢。由于數字控制Boost變換器會受到 時間延遲、采樣和量化誤差等因素的影響，其切換非線性特性的分析過程更復雜。因此，建 立數字控制Boost變換器的模型至關重要。
[0003] 基于所建立的數字電流?？刂葡到y來研究系統整體的穩(wěn)定性，得出系統穩(wěn)定和混 沌態(tài)工作的參數區(qū)間。這些分析結果將在系統電路參數優(yōu)化設計、提高系統穩(wěn)定性方面的 應用研究上具有重要意義。
[0004]目前國內外學者研究Boost變換器主要為模擬控制的，且數字控制的Boost變換 器其研究對象也只是針對數字電壓?？刂频腂oost變換器。此外，在的建模的過程中，往往 忽略了數字控制環(huán)路中的采樣保持、環(huán)路延遲以及量化的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于針對數字電流?？刂频腂oost變換器建立考慮數字控制 環(huán)路中的采樣保持、環(huán)路延遲以及量化的問題，提供一種數字電流?？刂艬oost變換器的 建模及穩(wěn)定性分析方法。
[0006] 本發(fā)明采用以下具體技術方案：
[0007] 數字電流?？刂艬oost變換器的建模方法，包括以下步驟：
[0008]S100、建立Boost變換器的原功率級電路的傳遞函數；
[0009] S200、確定電流控制器的模型；
[0010] S300、建立數字電流模控制Boost變換器的等效功率級傳遞函數；
[0011]S400、確定系統采樣保持環(huán)節(jié)、延遲環(huán)節(jié)，設計出電壓環(huán)路補償器，完成系統的建 模；
[0012] 所述步驟S100中，Boost變換器的原功率級電路的傳遞函數為：
[0013] 電感電流到占空比的傳遞函數：
[0015] 輸出電壓到占空比的傳遞函數：
[0017] 其中，&、?2分別表不電感電流、輸出電壓和占空比的擾動量。
[0018] 所述步驟S200中，電流控制器的模型，采用峰值電流控制方式時其形式如表1所 示；
[0019] 表1峰值電流控制器中各個參數的表達式
[0020]
[0021] 表1中，為峰值電流控制器的相關參數；Rs是電感電流檢測電阻；L為 電感；V。為輸出電壓；Vg為輸入電壓；D為穩(wěn)態(tài)占空比；TS開關周期；k=L/RSTS。
[0022] 所述步驟S300中，等效功率級由電流控制環(huán)路及其負載所組成，其傳遞函數AP (s) 表達式為：
[0024] 式中，為峰值電流控制器的相關參數；Gld電感電壓到占空比；Gvd輸出 電壓到占空比的傳遞函數。
[0025] 所述步驟S400中，常用零階保持環(huán)節(jié)的s域中的數學模型為：
[0027]其中T為采樣周期。
[0028]所述步驟S400中，數字控制系統環(huán)路中所有延遲的s域傳遞函數：
[0030] 其中，t。：數字控制環(huán)路中含控制器的計算時間；ta/d :A/D器的轉換時間；Td:多路 開關的延遲時間。
[0031] 所述步驟S400中，電壓環(huán)路補償器Gv通常為PI補償器，其s域模型為：
[0033] 式中，Kp、&分別表示PI補償器的比例系數和積分系數；
[0034] ΡΙ補償器的ζ域模型表達式可表示為：
[0036]
Ts為Boost變換器的開關周期；
[0037] 由數字電流?？刂频腂oost變換器的各個環(huán)節(jié)的數學模型，以及反饋系數K，進而 得到整個系統的完整模型。
[0038] 數字電流模控制Boost變換器的穩(wěn)定性分析方法，具體方法為：分析數字電流模 控制Boost變換器的閉環(huán)系統的特征根，判斷系統的穩(wěn)定性。
[0039] 所述系統的穩(wěn)定性判斷具體過程為：分析系統方程的特征根，
[0040] (1)當特征根均位于單位圓內則系統穩(wěn)定；
[0041] (2)當特征根全部位于單位圓外則系統不穩(wěn)定；
[0042] (3)當特征根以共軛復數形式穿越單位圓，則說明系統由穩(wěn)定狀態(tài)向低頻振蕩過 渡。
[0043] 本發(fā)明與現有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0044] (1)本發(fā)明在的建模過程中考慮了電流控制規(guī)律、環(huán)路中采樣特性和環(huán)路延遲，可 提高系統模型的準確性。
[0045] (2)本發(fā)明閉環(huán)系統的特征根來判定系統的穩(wěn)定性，其方法簡單且可準確判斷出 系統狀態(tài)變化的趨勢。
【附圖說明】
[0046] 圖1是Boost開關功率變換器拓撲結構圖。
[0047] 圖2是數字電流?？刂艬oost開關功率變換器原理圖。
[0048] 圖3是數字電流?？刂艬oost變換器的小信號模型。
[0049] 圖4是本發(fā)明數字電流?？刂艬oost開關功率變換器的ζ域框圖。
【具體實施方式】
[0050] 下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0051] 實施例
[0052] 本實施例數字電流模控制的開關功率變換器的建模方法，包括下述步驟：
[0053]S100、建立Boost變換器的原功率級電路的傳遞函數；
[0054]S200、確定電流控制器的模型；
[0055]S300、建立數字電流模控制Boost變換器的等效功率級傳遞函數；
[0056]S400、確定系統采樣保持環(huán)節(jié)、延遲環(huán)節(jié)，設計出電壓環(huán)路補償器，完成系統的建 模。
[0057] 步驟S100中，根據Boost變換器的拓撲結構，如圖1所示，可得到，Boost變換器 的原功率級電路的傳遞函數為：
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