直流开关变换器的精确建模和稳定性分析方法研究

发布时间：2017-05-26 22:08

  本文关键词：直流开关变换器的精确建模和稳定性分析方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直流开关变换器在电力电子系统中有着非常重要的地位,但是对于其理论研究的发展远远滞后于其实际应用,同时随着现代社会对开关变换器的性能要求逐渐变高,传统的建模和分析方法也越来越难以满足变换器的设计需求。针对单个变换器的传统小信号建模方法对变换器的开关环节进行了平均化处理,忽略了其强非线性的特征,其模型并不准确;而对级联变换器进行稳定性分析的Middlebrook阻抗匹配理论,其判据基准基于工程经验,阻抗求解过于复杂,也不能保证精度。因此,本课题以DC-DC开关变换器为研究对象,分别对单个开关变换器和级联开关变换器的精确建模和稳定性分析进行了研究。对单个DC-DC开关变换器,本课题选用了描述函数法对其建模和稳定性分析。以boost变换器为例,推导了开关环节的描述函数,建立了基于描述函数法的模型并给出了稳定性判据。从仿真和实验中发现,在变换器系统稳定到不稳定的过渡区,传统稳定性分析方法所得到的结论和仿真实验的结果存在不相符的情形,而使用描述函数法分析,可以确定这段过渡区,从而得到比传统的小信号模型稳定性分析更为准确的稳定性分析结果,并用分岔图进一步验证了过渡区间的存在和范围,最后对过渡区间内出现的低频振荡现象进行了分析。对级联DC-DC开关变换器进行了基于Floquet理论的建模和稳定性分析。首先分析了Floquet理论应用于DC-DC开关变换器的可行性和优势所在；然后以双级buck变换器为例,推导了Floquet理论下的传递矩阵,给出了稳定性判据,并用仿真和实验验证了Floquet理论稳定性分析在双级级联buck变换器中应用的正确性和准确性；最后在分析了三级级联buck变换器应用Floquet理论的稳定性的基础上,最终推导出了多级级联变换器基于Floquet理论的传递矩阵统一形式,为Floquet理论在级联DC-DC变换器中的应用迈出了第一步。
【关键词】：DC-DC开关变换器 描述函数法 级联变换器 Floquet理论 精确建模 稳定性分析
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 引言11-12
• 1.2 DC-DC变换器建模和稳定性分析研究现状12-14
• 1.3 本文内容安排14-15
• 2 DC-DC开关变换器传统建模及稳定性分析方法概述15-23
• 2.1 DC-DC变换器小信号建模思路和状态空间平均法15-17
• 2.1.1 小信号建模基本思路15-16
• 2.1.2 状态空间平均法16-17
• 2.2 级联变换器Middlebrook阻抗匹配理论17-20
• 2.2.1 Middlebrook阻抗判据18-19
• 2.2.2 基于禁止区的阻抗判据19-20
• 2.3 传统建模及稳定性分析方法的局限性20-21
• 2.4 本章小结21-23
• 3 基于描述函数法的单个DC-DC变换器建模和稳定性分析23-47
• 3.1 传统开关变换器建模和稳定性分析方法23-25
• 3.2 基于描述函数法的DC-DC变换器建模和稳定性分析25-29
• 3.2.1 描述函数的基本概念25-26
• 3.2.2 描述函数法建模与稳定性判据26-27
• 3.2.3 Boost变换器开关环节描述函数推导27-29
• 3.3 开关描述函数的性质研究及参数确定29-35
• 3.3.1 开关描述函数的参数变化对其性质的影响29-31
• 3.3.2 开关描述函数参数确定31-35
• 3.4 仿真及实验验证35-44
• 3.4.1 仿真与实验参数设计35-37
• 3.4.2 仿真与实验结果分析37-43
• 3.4.3 基于迭代程序的仿真验证43
• 3.4.4 低频振荡频率的确定43-44
• 3.5 本章小结44-47
• 4 基于Floquet理论的级联DC-DC变换器建模与稳定性分析47-73
• 4.1 传统级联变换器建模及稳定性分析47-50
• 4.1.1 Buck变换器闭环输入、输出阻抗求解48-49
• 4.1.2 双级级联buck变换器阻抗求解49-50
• 4.2 Floquet理论应用于DC-DC变换器的理论依据和仿真分析50-55
• 4.2.1 Floquet理论及稳定性判据50-51
• 4.2.2 Floquet理论应用于DC-DC变换器的理论依据51-52
• 4.2.3 Floquet理论应用于DC-DC变换器的仿真分析52-55
• 4.3 基于Floquet理论的双级级联变换器建模及稳定性分析55-65
• 4.3.1 基于Floquet理论的双级级联buck变换器建模55-56
• 4.3.2 仿真与实验验证56-65
• 4.4 基于Floquet理论的多级级联变换器的建模和稳定性探究65-71
• 4.4.1 基于Floquet理论的三级级联变换器的建模和稳定性分析65-69
• 4.4.2 基于Floquet理论的多级级联变换器的建模探究69-71
• 4.5 本章小结71-73
• 5 结论73-75
• 5.1 课题总结73-74
• 5.2 课题展望74-75
• 参考文献75-79
• 作者简历79-83
• 学位论文数据集83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马洪勃,高红,陈才贤;各种软开关变换器的工作方式和存在的问题[J];沈阳电力高等专科学校学报;2002年02期

2 张聪,张慧,何劲;高频开关变换器的优化设计分析[J];舰船电子工程;2005年03期

3 王永,沈颂华,吕宏丽;基于单周控制开关变换器的研究[J];电力电子技术;2005年04期

4 刘树林;刘健;寇蕾;;开关变换器的本质安全特性分析与设计[J];电工技术学报;2006年05期

5 张黎;丘水生;李志忠;;混沌抑制开关变换器电磁干扰的研究[J];电波科学学报;2006年03期

6 韩占岭;杨玉岗;郝文慧;裴春兴;;软开关变换器中平面无源集成的研究[J];电气技术;2007年11期

7 张波;丘东元;;开关变换器的潜电路特性及其分析方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2007年10期

8 陈亚爱;张卫平;周京华;刘坤;;开关变换器控制技术综述[J];电气应用;2008年04期

9 姜学东;周宇飞;王诗兵;陈军宁;;多层前馈神经网络及其在开关变换器中的应用[J];电测与仪表;2008年09期

10 包伯成;许建平;;开关变换器周期窗内吸引子共存现象仿真研究[J];计算机仿真;2009年01期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 刘晓毅;;全桥准方波软开关变换器[A];四川省通信学会2000年学术年会论文集[C];2000年

2 王建华;张方华;龚春英;杨宁;;开关变换器两端口网络建模、分析及设计[A];2009安捷伦科技节论文集[C];2009年

3 高峰;李楠;张天宝;;九开关变换器脉冲宽度调制策略[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

4 赵黎;李泰;;一种新型开关变换器的控制器实现的研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

5 林国庆;陈为;;新型恒功率输出开关变换器控制策略的研究[A];中国电工技术学会低压电器专业委员会第十一届学术年会论文集[C];2002年

6 王媛彬;;降压型开关变换器输入电压突变时的动态特性[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

7 贺明智;许建平;周涛;宋张;陈妮;;数字V_2控制DC-DC开关变换器:算法与动态特性研究[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 武汉 余俊芳;泵式电容开关变换器MAX619[N];电子报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吴松荣;开关变换器多频率控制技术研究[D];西南交通大学;2014年

2 刘树林;本质安全开关变换器基础理论及关键技术研究[D];西安科技大学;2007年

3 余明杨;变压器隔离全桥开关变换器的建模与应用技术研究[D];中南大学;2008年

4 秦明;基于多级脉冲序列调制的开关变换器新型控制技术研究[D];西南交通大学;2012年

5 伍言真;DC-DC开关变换器建模分析及其变结构控制方法的研究[D];华南理工大学;1998年

6 周宇飞;DC-DC开关变换器的滑模变结构控制方法及混沌状态研究[D];华南理工大学;2001年

7 徐红梅;典型离散系统的混沌动力学研究[D];吉林大学;2014年

8 林波涛;DC-DC开关变换器的非线性分析及拓扑研究[D];华南理工大学;1997年

9 谢玲玲;DC-DC开关变换器的非线性动力学特性研究[D];广西大学;2012年

10 卢伟国;开关功率变换器的混沌控制研究[D];重庆大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘姝晗;谷值电流型脉冲序列控制开关变换器研究[D];西南交通大学;2015年

2 张传伟;开关变换器滑模控制技术的研究与实现[D];电子科技大学;2015年

3 王卓;峰值电流开关变换器系统建模与子电路实现[D];西安电子科技大学;2014年

4 姜明权;基于BUCK变压器变压模式建模与仿真[D];东北石油大学;2015年

5 杜龙杰;应用于便携式设备的电源管理单元研究与设计[D];合肥工业大学;2015年

6 尚佳宁;直流开关变换器的精确建模和稳定性分析方法研究[D];北京交通大学;2016年

7 王威;单电感多输出开关变换器研究[D];西南交通大学;2009年

8 杨杰;基于系统辨识的开关变换器动态建模方法研究[D];解放军信息工程大学;2012年

9 陈亚爱;开关变换器的数字控制研究[D];北方工业大学;2009年

10 牟清波;开关变换器脉冲序列控制技术研究[D];西南交通大学;2010年

  本文关键词：直流开关变换器的精确建模和稳定性分析方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：398222