非理想DC-DC开关变换器的建模分析与仿真

摘要

DC-DC开关变换器的建模分析是研究开关电源的基础，对开关电源的分析与设计具有重要意义。本文对DC-DC开关变换器的建模分析进行了深入的研究，有助于开关电源的性能优化和设计效率的提高。 在对DC-DC开关变换器建模方法的现状及发展趋势进行深入分析的基础上，提出一种非理想基本变换器在连续工作模式下的电路平均建模方法。以非理想Boost变换器为例，阐明了建模过程，对模型进行稳态和动态小信号特性分析，并进行仿真研究和实验验证。该建模方法考虑了变换器的寄生参数、电感电流的纹波，模型直观、物理意义清晰、具有实用价值。 提出非理想变换器在断续工作模式下的电路平均建模方法。以占空比限制为基础，建立非理想Boost变换器在断续工作模式下的全阶模型，并推导出DC和小信号电路模型，进行稳态分析，研究了Boost变换器在断续工作模式下的小信号特性，导出传递函数。统一了非理想变换器在连续工作模式和断续工作模式下的模型。 以ZVZCS全桥变换器为例，提出软开关变换器的建模方法。对ZVZCS变换器在一个开关周期内的各个状态进行分析，描述了隔直电容电压和变压器漏感电流的变化规律及各个状态的持续时间，推导出有效占空比的表达式，在此基础上建立了电路模型，并对小信号传递函数和阶跃响应进行了仿真。 最后针对工作在断续工作模式的非理想Boost变换器，研究了PID补偿网络拓扑及参数设计，并对系统进行闭环仿真，验证模型的正确性及建模对电路设计的指导意义。

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1 引言

1.2开关变换器的发展概况

1.3 DC-DC开关变换器的建模与仿真技术

1.3.1解析建模法

1.3.2数字仿真法

1.4本文的研究目的

1.5本文的主要研究内容

第二章非理想Boost变换器连续工作模式建模

2.1 引言

2.2 常见变换器的介绍

2.2.1 Buck变换器

2.2.2 Boost变换器

2.2.3 Cuk变换器

2.3 CCM下非理想Boost变换器建模

2.3.1 Boost变换器大信号模型

2.3.2直流等效模型

2.3.3小信号等效模型

2.4 实际变换器的仿真研究

第三章非理想Boost变换器断续工作模式建模

3.1 引言

3.2 DCM下非理想Boost变换器建模

3.2.1 Boost变换器大信号模型

3.2.2 占空比限制

3.2.3直流等效模型

3.2.4小信号等效模型

3.3实际变换器的仿真研究

3.4 CCM和DCM的统一建模

第四章软开关变换器的建模

4.1引言

4.2软开关技术简介

4.2.1软开关技术的概念和实现策略

4.2.2软开关技术的分类

4.3 ZVZCS全桥变换器的建模

4.3.1开关过程分析

4.3.2直流等效模型

4.3.3小信号等效模型

4.4实际变换器的仿真研究

第五章非理想变换器的闭环控制研究

5.1引言

5.2 Boost变换器系统的工作原理

5.3非理想Boost变换器的闭环模型

5.3.1控制电路建模

5.3.2系统建模

5.4控制电路设计方法

5.4.1 PID补偿器设计

5.5仿真验证

第六章总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文