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输出电压 的均匀值通过节造开关的导通战断开时

 日期:2019-10-19    访问次数:

  第一章 线性电的时/频域阐发(6) 开关收集 消息工程学院 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) ? 开关收集的阐发 –开关网概述 –开关收集阐发的计较机方式 –DC-DC变换电阐发的形态平均法 –准谐振变换器的阐发 –取样系统的概念 –开关电容收集的阐发 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.1 开关收集概述 一个抱负开关正在闭应时具有零值导通电阻,打开时 具有零值断开电导和零值动做时间。按照电荷守恒定 律可得t=0,电容电压为: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.2 开关收集方式 非线性开关收集求解方式,后向欧拉 积分法。后向欧拉积分公式是所有后向 差分公式中最简单的: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.2 开关收集方式 线性开关收集,若不考虑初值,复频域的改良结点 电压方程可暗示如下: (G+sC)X(s)=W(s) 此中X(s)是由结点电压和一些支电流形成的列向量, G和C都是系数矩阵。G取电导、电阻和受控电源的系 数相关。C取电感和电容相关,W(s)取电收集的输 入相关,响应的时域方程: GX(n+1)+CX’(n+1)=W(n+1) 进一步解得: (G+G/h)X(n+1)=CX(n)/h+W(n+1) 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.2 开关收集方式 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.2 开关收集方式 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 DC-DC变换电中,输入电压曲直流电压,输出电压 的平均值通过节制开关的导通和断开时间进行调整。 如图是压降式DC-DC变换器道理图,当开关导通时,续流 二极管因反偏而截至,电感从电源处获取能量;当开关 断开时,因为电感电流不克不及突变,二极管导通,电感电 流削减,鄙人一个周期开关导通之前,电流还未削减到 零,则称电工做正在持续导通模式,不然为非持续导通 模式。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 如下假设: 1. 忽略功率开关的导通电阻以及续流二极管的导通电压; 2. 开关周期为T的方波,导通接续时间为Ton。开关占空比为d, d=Ton/T; 3. 设滤波电容C很大,输出电压正在整个周期中T接近,即Uout; 4. 能量守恒: (Vin-Uou)Ton=Uout(T-Ton) Uout/Vin=Ton/T=d 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 三种调制体例: 1. 脉冲宽度调制(PWM),周期T不变,改变Ton; 2. 脉冲频次调制(PFM),Ton不变,改变周期T; 3. 夹杂调制体例,即同时调理Ton和周期T的值。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 形态平均法是较为普遍且简洁的方式: 1. 电流导通模式下的DC-DC变换电,开关动做时辰一次为t0, t1, t2=t0+T 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 形态方程: 此中X’(t)是由电容电压和电感电流形成的形态向量,b1(t)和b2(t)是输 入节制向量。A1和A2为形态矩阵 形态方程解为: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 X(t1)和X(t2)的解: 设fs暗示开关频次,fs=1/T,f0开暗示形态系数矩阵的最高固有频次, 当fsf0时,有下列近似关系: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 A1和A2为方阵,当A1A2=A2A1时,下列关系式相等成立: 又: E为单元矩阵;输入节制量b(λ)满脚持续有界的前提,均不大于M 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 又式中含有T的二次项,可忽略不计 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 有下列关系式严酷相等成立: 同理: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 形态方程的解: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均法 形态方程的形态平均法公式(可使用于fsf0的开关收集的阐发和建模): 此中: 当b1(λ)和b2(λ)别离为恒定值B1和B2时 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均 当输入由恒定分量和小信号构成时,输入节制量可暗示为 应的 是小信号: ,相 其稳态解可分成曲流量和小信号稳态解: 曲流解一般只取开关的占空等到电阻相关,取动态器件的值无关。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均 DC-DC变换电中,输入电压曲直流电压,输出电压的 平均值通过节制开关的导通和断开时间进行调整。 如图是升压式DC-DC变换器道理。 设开关正在t∈ [t1-t0]时导通,正在t ∈[t2-t1]时断开。 拔取形态变量x=[i v]’ 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均 升压式DC-DC变换电中,正在区间的形态方程如下: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均 形态平均公式: 曲流稳态方程: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.3 DC-DC变换电阐发的形态平均 由形态方程求得: 抱负环境下(RL=0): 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 正在PWM电中,开关对感性负载断开,对容性负载 导通,开关的功耗不容轻忽,而跟着开关频次的提高, 功耗按反比关系添加。受开关器件的结温的,一般 只能做到几十千赫的开关速度。 为了削减开关的损耗,提高开关频次,操纵谐振电 使开关本身正在零电流和零电压下断开取导通,此法为 软性开关。采用谐振电和开关器件形成的复合开关又 称谐振开关。而正在一个开关周期内有谐振区间也有非谐 振区间,故称准谐振变换电。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 如下图并假定: 1. 图中开关S、谐振电感Lr协调振电容Cr构成谐振开关。零电流时 断开。 2. LLr,CCr,开关频次远高于LC回的固有频次。C、R上 的电压和电流可视为。 3. 设t0时辰电容Cr上的电压ur和电感上的电流ir为零。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 1. 区间t∈ [t0,t1]。 开关正在t=t0时导通,二极管处于导通形态相当于短,Vin全数 加载正在Lr上;当t=t1时,ir=i,二极管断开,Cr上的电压添加,则: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 2. 区间t∈ [t1,t2]。 开关正在t=t1时导通,二极管截止,Lr和Cr构成谐振回,Vin全数 加载正在Lr上;当t=t1时,ir=i,二极管断开,Cr上的电压添加,则: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 3. 区间t∈ [t2,t3]。 Cr以现行速度放电,正在t=t3时电压ur=0,二极管起头导通: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 4. 区间t∈ [t3,t4]。 开关S仍连结断开形态,二极管导通: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.4 准谐振变换器的阐发 结论: ? ? ? ? 开关S正在零电流下断开,故称为零电流准谐振 变换器; 谐振角频次取决于Lr和Cr; 电流i必需小于Vin/Zr值,不然开关S正在非零电 流的前提下断开; 流过开关的峰值电流比负载电流大,开关的通 态损耗比一般开关电大,是一个错误谬误。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.5 取样数据系统的概念 取样数据系同一般用Z变换进行阐发,能够通过S-Z变 化获得,常用的四种变换(Ts为开关周期): 1. 后差变换: 2. 前差变换: 3. 双线. 无损离散积分(LDI)变换: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.5 取样数据系统的概念 取样数据系统的S-Z变换所需的前提(前 述四种变换只要后两种满脚以下前提): 1. 不变的S域转移函数必需映照为不变的Z域转移 函数: 2. S平面的虚轴必需映照到Z平面的单元圆上。 上述第一个前提是为了保障系统不变性的要 求S平面的左半平面映照到Z平面的单元圆内;第 二个前提不只了不变性,并且了转移函 数频次特征的趋向不变。 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.5 取样数据系统的概念 取样数据系统的双线性变换的阐发: 双线性反变换: 当z=j?时上式可得: 现代电取系统 第一章 线性电的时/频域阐发(6) 6.5 取样数据系统的概念 取样数据系统的双线性变换的阐发: 当s=-σ+j?时(σ0),s位于左半平面,则: 现代电取系统