开关电源变换器的小信号建模设计

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1、第32卷第11期计算机仿真2015年11月文章编号：1006—9348(2015)11—0141—05开关电源变换器的小信号建模设计冯丹1，任宏滨1，宁飞2，张兴1(1．空军工程大学防空反导学院，陕西西安710051；2．西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)摘要：针对开关电源变换器系统稳定性的问题，建立开关电源关键设备DC／DC变换器的小信号模型，以单端反激变换器为例，采用状态空间平均法和开关元件平均模型法建立非理想条件下的数学模型，并用两种建模方法在MATLAB平台上建立模型进行仿真。两种方法的仿真波形与实际电路模型

2、输出波形基本一致，通过单端反激式开关变换器实物实验，验证了两种建模方法的实用性。说明用小信号理论建立的变换器模型合理，对变换器优化设计有较大参考意义。关键词：非理想单端反激变换器；状态空间平均法；开关元件平均法；小信号模型中图分类号：TP391．9文献标识码：BSmallSignalModelingandDesignforSwitchingPowerSupplyConverterFENGDanl，RENHong—binl，NINGFei2，ZHANGXin91(1．AirandMissileDefenseCoHege，AirFo

3、rceEngineeringUniversity，Xi’allShanxi710051，China；2．CollegeofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’allShanxi710072，China)ABSTRACT：Accordingtothestabilityanalysisofswitchingpowerconvertersystem，asmallsignalmodelofswitchpowersupply’SkeydevicesDC／DCconverter

4、isestablished．Bytakingtheflybackconverterasallexample，amath-ematicalmodelofnon-idealconditionsisestablishedbyusingthestatespaceaveragemethodandswitchingelementaveragemodelmethod，twokindsofmodelingmethodprocessgFedescribedindetailandsimulatedofmodelwithMA’n．AB．Thesimu

5、lationwaveformoftwomodelingmethodsandtheoutputwaveformactualofcircuitmodelareba·sicallyconsistent．Throughtheflybackswitchingconverterexperiment，thepracticalityoftwokindsofmodelingmeth-odsisverified，whichexplainstheconvertersmallsignalmodelsa．1'ereasonable．KEYWORDS：No

6、n—ideaflybackconverter；State—spaceaveragemethod；Switchingelementaveragemethod；Smallsignalmodell引言开关电源的发展趋于高频化、小型化、集成化，其中单端反激式开关电源不仅体积小，效率高，而且具有自动均衡各路输出负载的能力¨1。变换器是开关电源的关键设备之一，多种特性均备受关注，但单端反激式变换器是一个非线性时变系统，传统的经典分析方法，比如频率响应法、根轨迹法旧J等都不再适用。DC／DC开关变换器的建模方法经历了由数值法到解析法，由离散解

7、析法到连续解析法(平均法)的不断发展的过程。平均法由于物理概念明确，表达式简单而成为DC／DC开关变换器建模理论中最为重要的建模方法，它对设计有重要的指导意义，近年来，得到了很大的发展，其中最具代表性的是状态空间平均法和开关元件平均模型法【3o。状态空间平均法针对的是变换器的状态方程，通过求平均，分离扰动，收稿日期：2014—12—30修回日期：2015—02—05线性化求得小信号扰动的状态方程，而开关元件平均模型法将求平均，分离扰动，线性化的过程直接在变换器的开关元件中分析解决。本文用这两种方法对非理想的单端反激变换器进行建模

8、，详细叙述了两种方法的过程。通过软件MATLAB／Simulink进行仿真，对比仿真和实验结果基本一致，验证了模型的正确性。为今后含有单端反激变换器的开关电源系统稳定性分析奠定了良好的基础。2反激式开关变换器系统框图开关电源设计过程中，DC／DC变换器反馈控制系