第3章 开关变换器的建模分析 《高等电力电子技术 知识》课件.pptVIP

1）受控电压源: 考虑 ， 两变量扰动，即 忽略高次项 ，则 式中 下面分别研究图中各受控源微偏线性等效模型 3.4.3 三相VSR动静态特性分析 3.3.1 PWM开关的基本定义 开关网络中的开关管和二极管可以等效为一个有源开关S1和一个无源开关S2。有源开关直接被外部信号控制，无源开关间接地被有源开关的状态和电路的状态所控制，有源开关和无源开关不同时导通。 采用有源和无源开关等效后的基本变换器如图所示： 有源开关和无源开关组成一个三端开关网络，可以进一步等效为一个三端开关 图中的三端开关网络称之为PWM开关，a表示有源元件的端点，称为有源端；p表示无源元件的端点，称为无源端；c表示有源和无源元件的公共端的端点，称为公共端。 注意：使用PWM开关进行分析的条件是变换器运行模式为电流连续模式（CCM）。 3.3.1 PWM开关的基本定义 3.3.2 PWM开关的端口特性 分析四个基本变换器中的PWM开关 可见PWM开关的端口特性并不依赖于任何特定的变换器拓扑 发现它们的端口的电压和电流均满足一定关系，如下图所示 当 时，有源开关闭合，无源开关关断，即a和c端连通； 当 时，无源开关闭合，有源开关关断，从而p和c端相连。可以得出PWM开关端口电压和电流瞬时量的方程： 3.3.2 PWM开关的端口特性 其中 是PWM开关的稳态工作点 ，满足： 和 。 平均化处理 稳态工作点+小信号扰动 3.3.2 PWM开关的端口特性 令 3.3.3 PWM开关的等效电路模型 PWM开关的大信号等效电路 PWM开关的平均等效电路 PWM开关的小信号等效电路 如果由一个变压器替换受控源，控制信号从公共端移到有源端，就得到了PWM开关的小信号等效电路的另一种形式： PWM开关的包含变压器的小信号等效电路 3.3.3 PWM开关的等效电路模型 PWM开关的小信号等效电路 PWM开关的稳态等效电路 在稳态条件下，PWM开关的大信号和小信号等效电路模型均可以简化为同一个变压器等效电路模型： PWM开关的稳态等效电路 在稳态条件下，PWM开关的大信号和小信号等效电路模型均可以简化为同一个变压器等效电路模型： PWM开关的稳态等效电路 3.3.4 开关变换器的PWM开关模型 PWM开关模型的应用： 首先，把PWM变换器所划出的三个端口与等效电路模型的三个端口一一对应进行替换；然后进行直流分析以确定稳态工作点在进行直流分析时，不考虑电抗性元件和小信号源；然后使用小信号PWM开关模型进行稳态工作点附近的小信号分析。通过小信号分析，可以得出最常用的控制-输出传递函数、输入-输出传递函数和输入、输出阻抗传递函数。 ? 以Boost电路为例来阐述本方法： 先对电路进行稳态分析 根据稳态关系 和 ，代入电路可得稳态关系表达式： 3.3.4 开关变换器的PWM开关模型 式中： 将PWM开关稳态等效模型带入 PWM开关的等效电路平均模型代入Boost电路进行替换，可以得到变换器平均模型： 按照PWM开关的端口关系平均表达式： 变换器平均模型的状态方程： 此平均状态方程表达式与使用状态空间平均法所得出的完全相同 对平均方程进行小信号线性化处理后可以得到变换器的小信号模型，对此电路列写状态方程后进行拉普拉斯变换，就可以得到主要变量之间的小信号传递函数，结果与状态空间平均法相同。 3.3.4 开关变换器的PWM开关模型 需要特别指出的是：在考虑电容和电感的等效串联电阻后所得出的状态方程(式3-44)与使用状态空间平均法所得出的状态方程(式3-45)在系数矩阵上稍有不同： ? 式中 和 分别表示电感和电容的等效串联电阻（ESR）。 3.3.4 开关变换器的PWM开关模型 (式3-44) (式3-45) 在Boost电路中引入PWM开关的小信号等效电路，进而可推导出输出增益、输入阻抗、输出阻抗、控制增益的传递函数 Boost电路PWM开关小信号模型 3.3.4 开关变换器的PWM开关模型 输出增益： 控制增益： 开环输入阻抗： 开环输出阻抗： 3.3.4 开关变换器的PWM开关模型 3.4 等效变压器法 3.4.1 开关电路的等效变压器描述 3.4.2 三相VSR等效变压器dq模型电路 3.4.3 三相VSR动静