超高频谐振SEPIC变换器建模及稳定性研究

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超高频DC-DC变换器具有动作快速、体积小、输出稳定的优势,在小型化电源、级联变换器等装置当中应用广泛。但超高频DC-DC变换器需要软开关技术以减小开关损耗,而软开关的谐振过程将引入更多工作模态,使得变换器系统的建模和工作过程分析更为复杂。此外,超高频DC-DC变换器由于包含有较多的谐振元件,系统阶次较高,其稳定性分析较为困难,因而需要进一步的研究。基于以上问题,本文以超高频谐振SEPIC变换器为例,从变换器主电路建模、控制电路设计与变换器系统稳定性分析方面开展了研究,以准确描述超高频谐振SEPIC变换器的工作过程,为超高频谐振类变换器系统的参数设计及动力学特性研究提供参考。论文完成的主要工作如下:(1)提出了适用于超高频谐振SEPIC变换器的自适应变步长精细离散映射建模方法。传统离散映射模型因步长固定,在模态切换时容易产生计算误差,且该误差随着模态的增多而累积。为此通过引入修正映射,选择与模态相适应的步长,有效减小了模态切换造成的计算误差。仿真和实验结果验证了所提出方法的有效性和准确性。(2)结合滞环控制和突发控制的优势,设计了超高频谐振SEPIC变换器的滞环控制方案,并分析了其主电路和控制电路参数的整定;基于所设计的电路参数研制了一台滞环控制的超高频谐振SEPIC变换器样机,实测结果验证了参数设计的正确性。(3)利用描述函数法对滞环控制回路的各非线性环节进行了建模,然后结合基于精细离散映射模型得到的变换器主电路传递函数模型,建立了超高频谐振SEPIC变换器系统的描述函数模型,并利用改进的Nyquist判据对该变换器开环和闭环系统的稳定性进行了分析,通过实验验证了分析结果。采用所提出稳定性模型,分析了控制回路延时特性对稳定性的影响。上述针对超高频谐振SEPIC变换器的建模、参数设计及稳定性分析实例表明,本文所提出的自适应精细离散映射建模方法具有计算误差小、运算速度快的特点;所提出的基于非线性系统描述函数模型的稳定性分析方法能有效分析变换器闭环系统的稳定性,并直观反映控制回路延时特性对变换器系统工作的影响。因而本文方法可以推广应用于其它类型超高频变换器的建模及特性分析。
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