亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        LLC 諧振變換器小信號(hào)建模方法綜述

        2023-11-14 08:58:20蔣正榮趙鵬程
        電子制作 2023年20期
        關(guān)鍵詞:平均法諧振分析法

        蔣正榮,趙鵬程

        (北方工業(yè)大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院,北京,100144)

        0 引言

        隨著對(duì)電力電子技術(shù)研究的不斷深入,人們期望通過技術(shù)革新提高開關(guān)電源的功率密度和效率[1]。采取高頻運(yùn)行的方法可以有效減小電感、電容等無(wú)源器件的尺寸,是使開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)小型化的重要手段。但與此同時(shí),傳統(tǒng)的DC-DC變換器在硬開關(guān)狀態(tài)下,高頻運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的開關(guān)損耗和電磁干擾,軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[2~3]。諧振變換器能夠在高頻運(yùn)行的同時(shí)兼?zhèn)滠涢_關(guān)的功能,實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源的小體積和高效率,有效提高了其功率密度。根據(jù)電路拓?fù)渲兄C振元件的不同,可將其分為串聯(lián)諧振變換器(series resonant converter,SRC)、并聯(lián)諧振變換器(parallel resonant converter,PRC)、LCC 諧振變換器和LLC 諧振變換器[4~5]。與前者幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比,LLC 諧振變換器在設(shè)計(jì)時(shí)巧妙利用了變壓器的勵(lì)磁電感參與諧振,減少了元件的數(shù)量,從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了體積的小型化,并且適用于寬輸入電壓和負(fù)載波動(dòng)情況下,調(diào)節(jié)輸出電壓的優(yōu)良特性[6]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和各國(guó)學(xué)者對(duì)諧振變換器的不斷研究,LLC 諧振變換器有著廣泛的發(fā)展與應(yīng)用前景,目前已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心、直流電網(wǎng)等領(lǐng)域[7]。

        1 LLC 諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理

        半橋LLC 諧振變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

        圖1 半橋LLC 諧振變換器

        電路結(jié)構(gòu)按照其功能從左到右可劃分為輸入源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(方波發(fā)生器)、諧振網(wǎng)絡(luò)、變壓器、整流電路、濾波電路和負(fù)載[8]。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)MOSFET 及其驅(qū)動(dòng)電路組成,結(jié)構(gòu)上均帶有體二極管及寄生電容,將輸入源提供的直流電壓轉(zhuǎn)化為方波電壓。兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)采用接近0.5 占空比的方式,設(shè)定有一定的死區(qū)時(shí)間以避免兩個(gè)開關(guān)管出現(xiàn)直通的現(xiàn)象。諧振網(wǎng)絡(luò)由諧振電容Cr、諧振電感Lr以及變壓器的勵(lì)磁電感Lm組成,其中Cr在變換器的實(shí)際工作中既參與了串聯(lián)諧振,又起到了隔離直流的作用。整流電路一般分為由四個(gè)二極管組成的全橋整流結(jié)構(gòu)以及由兩個(gè)二極管和變壓器副邊繞組帶有中心抽頭結(jié)構(gòu)的全波整流結(jié)構(gòu)。濾波電路由濾波電容C0組成,輸出恒定的直流電壓。

        文獻(xiàn)[9]對(duì)半橋LLC 諧振變換器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹。在其主要參數(shù)中,有兩個(gè)特殊的頻率點(diǎn),分別為L(zhǎng)LC 的第一諧振頻率和第二諧振頻率。由開關(guān)頻率fs與諧振頻率的關(guān)系,可以將其工作狀態(tài)劃分為fsf1三種情況。但LLC 工作在感性阻抗條件下是其實(shí)現(xiàn)零電壓開通(zero voltage swich turn-on,ZVS)的必要條件,故fsf1時(shí),變壓器原副邊始終存在能量傳遞,勵(lì)磁電感始終不參與諧振,原邊開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS,副邊二極管無(wú)法實(shí)現(xiàn)ZCS,存在一定的關(guān)斷損耗。

        2 LLC 諧振變換器的小信號(hào)建模方法

        為了使LLC 諧振變換器達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)定輸出值,需要添加閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)。小信號(hào)模型反映了系統(tǒng)在某一穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)受到小擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性[10]。因此,用合理的方法建立并分析LLC 諧振變換器的小信號(hào)模型,是閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

        狀態(tài)空間平均法是開關(guān)電源小信號(hào)建模的常用方法。狀態(tài)空間平均法是指在開關(guān)頻率足夠高時(shí),系統(tǒng)的各狀態(tài)變量在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)變化微乎其微,可以做近似的線性化處理[11]。對(duì)于傳統(tǒng)的PWM 變換器而言,濾波網(wǎng)絡(luò)的截止頻率遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率,開關(guān)頻率次分量不參與分析,故可以用狀態(tài)空間平均法來(lái)分析小信號(hào)模型。而LLC 諧振變換器是一種非線性很強(qiáng)的系統(tǒng),其諧振頻率與開關(guān)頻率相近,是通過變頻的方法由諧振頻率和開關(guān)頻率的交互作用實(shí)現(xiàn)調(diào)制,如忽略開關(guān)頻率次分量,大量有用的信息會(huì)被濾除,從而產(chǎn)生較大的誤差,故傳統(tǒng)的狀態(tài)空間平均法已不再適用于諧振變換器的小信號(hào)建模。對(duì)LLC 諧振變換器而言,一般有如下方法進(jìn)行小信號(hào)建模。

        圖2 半橋LLC 諧振變換器等效電路

        圖3 半橋LLC 諧振變換器仿真電路

        2.1 擴(kuò)展描述函數(shù)法

        擴(kuò)展描述函數(shù)法在傳統(tǒng)的通用平均法上做了精簡(jiǎn),主要用到傅里葉分析和諧波平衡的原理,適用于諧振變換器的小信號(hào)建模。文獻(xiàn)[12]對(duì)擴(kuò)展函數(shù)描述法建立LLC 諧振變換器的小信號(hào)模型進(jìn)行了詳細(xì)分析闡述。擴(kuò)展描述函數(shù)法首先根據(jù)LLC 諧振變換器的等效電路圖選取狀態(tài)變量,根據(jù)基爾霍夫電壓電流定律以及電容電感的時(shí)域關(guān)系列出非線性狀態(tài)方程組。之后根據(jù)傅里葉展開原理,將狀態(tài)變量分解為正弦分量與余弦分量疊加的形式,一般保留至5 次諧波。再根據(jù)諧波平衡的原理,等式兩邊正弦及余弦項(xiàng)對(duì)應(yīng)的系數(shù)相等,得到一系列線性化平衡方程。最后對(duì)狀態(tài)變量、輸入變量和輸出變量施加小信號(hào)擾動(dòng)以及線性化處理,可以得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型和小信號(hào)模型。擴(kuò)展描述函數(shù)法作為一種解析的方法,通過嚴(yán)密的公式推導(dǎo)得到系統(tǒng)的小信號(hào)模型,可以根據(jù)精度需求選擇保留至基波得到簡(jiǎn)化的小信號(hào)模型,也可以保留高次諧波分量得到盡可能精確的小信號(hào)模型。它在理論上可以對(duì)LLC 諧振變換器進(jìn)行精確的小信號(hào)建模,但在對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行傅里葉展開時(shí),保留的諧波次數(shù)越高,后續(xù)的求解量就會(huì)越大,這無(wú)疑也會(huì)造成此種方法的局限性。

        2.2 仿真分析法

        仿真分析法是在電氣工程仿真軟件中搭建LLC 諧振變換器的仿真電路,然后將一個(gè)小的交流信號(hào)源施加到系統(tǒng),作為外加小信號(hào)擾動(dòng),通過掃頻的方法得到開環(huán)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性曲線,并擬合出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),即建立系統(tǒng)的小信號(hào)模型。文獻(xiàn)[13]對(duì)LLC 諧振變換器小信號(hào)建模的仿真分析法進(jìn)行了詳細(xì)分析介紹。如圖所示為在SIMPLIS 環(huán)境中搭建的半橋LLC 諧振變換器的仿真電路。

        SIMPLIS 是一款專用的電力電子仿真軟件,與其他仿真軟件相比,它的各個(gè)模塊在使用上更接近實(shí)際電路板的設(shè)計(jì)。如在MOSFET 模塊的放置中,還需要專門放置MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路。在小信號(hào)建模中,需要用到SIMPLIS 的交流小信號(hào)分析模式(AC),設(shè)置掃頻范圍和采樣點(diǎn)數(shù)之后,即可得到系統(tǒng)的開環(huán)波特圖。SIMPLIS 與其他仿真軟件相比,具有仿真速度極快的特點(diǎn),整個(gè)掃頻過程僅需幾秒鐘甚至在瞬間完成,大大提高了工作效率。

        仿真分析法相對(duì)于其他小信號(hào)建模方法,不需要大量的公式推導(dǎo)和計(jì)算過程,而且可以隨時(shí)在仿真電路中修改具體的電路參數(shù),具有更普遍的適應(yīng)性,適合相對(duì)復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)的小信號(hào)建模分析,也為在對(duì)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)了解程度不夠深入的情況下提供了一種實(shí)際可用的方法。但仿真分析法中所采用的掃頻分析,實(shí)際上屬于一種擬合的方法,在精確度方面會(huì)比用嚴(yán)密的公式推導(dǎo)得到的小信號(hào)模型低,這也是仿真分析法的不足之處。

        2.3 電路平均法

        電路平均法也是LLC 諧振變換器小信號(hào)建模的常用方法之一。文獻(xiàn)[14]對(duì)用電路平均法建立LLC 諧振變換器的小信號(hào)模型進(jìn)行了詳細(xì)分析。在實(shí)際工程實(shí)踐中,其實(shí)并不存在理想化的線性元器件,電力電子器件都帶有一定的非線性特性。但線性模型能夠大大簡(jiǎn)化電路分析,故在建模過程中要在允許的范圍之內(nèi)進(jìn)行線性化處理,在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近建立小信號(hào)模型。電路平均法主要運(yùn)用平均和近似的原理,不考慮紋波對(duì)電路的影響,對(duì)開關(guān)管的開通過程和關(guān)斷過程兩個(gè)階段的電路狀態(tài)分別進(jìn)行分析。由于開關(guān)電源每一個(gè)開關(guān)狀態(tài)的電路都可以看作簡(jiǎn)單時(shí)不變電路,通過列寫線性狀態(tài)方程來(lái)描述兩個(gè)階段的電路特性,再對(duì)一個(gè)周期內(nèi)輸入變量和狀態(tài)變量進(jìn)行平均化和近似的處理,忽略開關(guān)頻率的高頻紋波,從而得到平均狀態(tài)方程和平均電路模型。得到簡(jiǎn)化電路模型后,可以再對(duì)忽略的紋波等次要影響因素進(jìn)行考慮,嘗試精確建模。電路平均法是一種簡(jiǎn)化、近似的小信號(hào)建模方法,將復(fù)雜的非線性模型線性化處理后,可以很容易用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示。但近似與精確程度永遠(yuǎn)是對(duì)立存在的,這也導(dǎo)致了電路平均法與擴(kuò)展描述函數(shù)法相比,精確性不及后者。

        2.4 其他方法

        離散時(shí)域仿真法。Vorperian 針對(duì)PWM 變換器提出的小信號(hào)建模方法同樣適用于諧振變換器的小信號(hào)分析和控制器設(shè)計(jì)。該方法利用離散采樣數(shù)據(jù)來(lái)建立小信號(hào)模型,用分段線性的方法列出系統(tǒng)的線性狀態(tài)方程,根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律用計(jì)算機(jī)求解其非線性差分方程[15]。該方法雖然可以對(duì)諧振變換器實(shí)現(xiàn)精確的小信號(hào)建模,但需要對(duì)離散模型進(jìn)行數(shù)值求解,當(dāng)諧振元件增加時(shí)會(huì)大大增加其求解量與分析難度,因此該種方法沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用。

        通用平均法。通用平均法作為擴(kuò)展描述函數(shù)法的前身,需要對(duì)等效電路中的所有變量進(jìn)行傅里葉分析,再根據(jù)諧波平衡的原理得到小信號(hào)模型。該方法過程繁瑣,計(jì)算求解量極大,但可以實(shí)現(xiàn)精確建模,而且既適用于PWM 變換器也適用于諧振變換器。

        3 結(jié)論

        LLC 諧振變換器作為一種重要的DC-DC 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),能夠在高頻運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),極大地提高了開關(guān)電源的功率密度和效率。本文通過對(duì)LLC 諧振變換器的小信號(hào)建模方法進(jìn)行分析可知:擴(kuò)展描述函數(shù)法和仿真分析法是諧振變換器小信號(hào)建模最常用的兩種方法。當(dāng)電路拓?fù)漭^為復(fù)雜,對(duì)變換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理了解不深入時(shí),可以采用仿真分析法,簡(jiǎn)單有效地得到系統(tǒng)的小信號(hào)模型;當(dāng)需要根據(jù)嚴(yán)密的公式推導(dǎo),通過解析的方法得到更加精確的小信號(hào)模型時(shí),可以采用擴(kuò)展描述函數(shù)法和電路平均法;當(dāng)對(duì)模型精確度要求進(jìn)一步提高時(shí),可以在使用擴(kuò)展描述函數(shù)法時(shí)保留盡可能多的諧波分量,或者采用離散時(shí)域仿真法以及通用平均法,但相應(yīng)的求解量會(huì)大大增加。

        猜你喜歡
        平均法諧振分析法
        基于平均法的金屬橡膠隔振器非線性振動(dòng)特性研究
        異步機(jī)傳統(tǒng)分析法之困難及其克服
        具有初邊值條件的集值脈沖微分方程的平均法
        基于諧振開關(guān)技術(shù)的低相噪LC VCO的設(shè)計(jì)
        平均法處理自由落體頻閃數(shù)據(jù)的研究
        物理教師(2017年5期)2017-06-09 11:21:18
        基于時(shí)間重疊分析法的同車倒卡逃費(fèi)探析
        諧振式單開關(guān)多路輸出Boost LED驅(qū)動(dòng)電源
        層次分析法在SWOT分析法中的應(yīng)用
        基于CM6901 的LLC半橋諧振開關(guān)電源設(shè)計(jì)
        AHP和SWOT分析法在規(guī)劃編制中的應(yīng)用
        日本精品一区二区三区在线视频| 日韩精品中文字幕人妻中出| 永久免费看黄在线观看| 亚洲成AV人国产毛片| 精品国产亚洲av成人一区| 国产精品一区二区三区四区亚洲| 波多野结衣不打码视频| 内射囯产旡码丰满少妇| 超薄肉色丝袜一区二区| 亚洲中字幕永久在线观看| 日本精品一区二区三区在线播放 | 岛国熟女一区二区三区| 精品女同一区二区三区亚洲| 国产亚洲精品综合一区| 日韩欧群交p片内射中文| 亚洲av无码一区二区三区网站| 国产尤物二区三区在线观看| 日本成人三级视频网站| 久久国产精品亚洲va麻豆| 亚洲国产精品ⅴa在线观看| 五月激情婷婷丁香| 中文字幕乱码亚洲美女精品一区| 蜜桃一区二区在线视频| 男女猛烈无遮挡免费视频| 亚洲色偷偷综合亚洲av伊人| 国产精品原创巨作av无遮| 白丝美女扒开内露出内裤视频| 日日碰狠狠添天天爽超碰97久久| 大肉大捧一进一出好爽视频mba| 亚洲精品中文字幕观看| 国产亚洲3p一区二区| 在线一区二区三区国产精品| 久久夜色精品国产噜噜亚洲av | 成人黄网站免费永久在线观看| 国产自拍偷拍精品视频在线观看| 欧美a级情欲片在线观看免费| 日韩亚洲制服丝袜中文字幕| 亚洲av网一区二区三区成人| 曰韩无码无遮挡a级毛片| 在线看亚洲十八禁网站| 一本久久a久久精品综合|