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基于多尺度思想的DC/DC变换器建模方法研究

Multi-Scale Modeling Method of DC/DC Convertor

【作 者】沈昊

【摘 要】

为了分析自然界中存在的许多尺度现象,多尺度建模思想(Multi-scalemodeling method)应运而生。其核心思想是针对同一系统建立不同尺度的数学模型,然后通过各尺度的模型进行分析,最后将分析结果进行综合。这样多层次的分析系统可以更好地表现这些尺度现象的本质特征。

DC/DC 变换器作为一复杂系统,其许多物理现象都具有多尺度特征,同时,人们在工程实践中对其工作过程的观察往往也是在不同尺度上进行的。目前,针对 DC/DC 变换器的建模方法都是在单一尺度上进行的,一些物理现象不能直接通过单一尺度模型所观察到,如开关管电压电流过冲现象等。因此,为了更好地分析这些尺度现象,研究 DC/DC 变换器的多尺度模型就显得十分必要。

本文针对 DC/DC 变换器的多尺度特性,以 BUCK 电路为研究对象,提出一种基于多尺度思想的建模分析方法,并将该方法应用到实际的 DC/DC 变换器分析与研究中。

本文主要开展了以下工作:

首先,阐述了多尺度系统的基本理论知识,分别从尺度概念、空间与时间尺度概念、多尺度系统概念以及多尺度系统相空间概念这四个方面对多尺度系统进行了分析;并以一个信号系统为例,介绍了多尺度随机系统。

其次,对电力电子系统进行了尺度划分并对各尺度的含义进行了阐释,在此基础上提出了电力电子系统多尺度模型库框架;分析了 DC/DC 变换器的多尺度表达,提出了 DC/DC 变换器多尺度模型的核心思想;建立了 DC/DC 变换器多尺度模型库框架,并研究了基于该框架的多尺度切换策略。

然后,以 BUCK 电路作为研究对象,分析了其工作原理;根据 BUCK 电路具有的混杂系统特性,建立了基于混杂自动机的电路级尺度模型,研究了该模型的混杂控制策略,并通过仿真验证了该模型理论的正确性;根据 IGBT 的内部工作机理,在 Hefner 模型的基础上建立了器件级尺度模型,并通过仿真及实验验证了该模型的有效性。

最后,分析了尺度模型之间的关系并建立了它们的关联映射函数;在此基础上建立了 BUCK 电路多尺度仿真模型,进行了模型一致性和多尺度切换策略分析,并与目前常用的仿真方法进行了对比分析。

【关键词】多尺度;DC/DC变换器;混杂系统;BUCK变换电路

【下 载】 (浏览192次)