现代电力电子学 教学课件 作者 徐德鸿 等 第5章　DC／DC变换器的动态模型与控制.pptx

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1、现代电力电子学第5章　DC/DC变换器的动态模型与控制第5章　DC/DC变换器的动态模型与控制5.1　功率变换器动态建模的意义5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型5.3　统一电路模型5.4　调制器的模型5.5　闭环控制与稳定性5.6　本章小结20世纪，功率器件经历了从结型控制器件如晶闸管、功率GTR、GTO，到场控器件如功率MOSFET、IGBT、IGCT的发展历程，功率器件的发展历程是一个向理想电子开关逐步逼近的过程。功率器件性能日益提高，使得应用更加方便。功率变换电路拓扑经历了从发展到逐渐稳定的过程。器件和电路的日趋成熟，使得人们自然地将

2、注意力转向电力电子系统的整体性能的优化上来，电力电子系统的问题比以往受到了更多的关注。电力电子系统问题包括控制系统分析与设计、功率变换器组合系统的分析与设计、功率变换器的并联冗余设计、热设计、电磁兼容设计等。5.1　功率变换器动态建模的意义5.1　功率变换器动态建模的意义图5-1　电力电子装置开发流程5.1　功率变换器动态建模的意义图5-2　不间断电源设备(UPS)系统框图5.1　功率变换器动态建模的意义图5-3　不间断电源逆变部分其中一相半桥逆变器的控制框图5.1　功率变换器动态建模的意义图5-4　通信基础电源的系统框图5.1　功率变换器动态建模

3、的意义图5-5　光伏并网发电系统框图5.1　功率变换器动态建模的意义图5-6　BuckDC/DC变换器反馈控制系统5.1　功率变换器动态建模的意义图5-7　线性化处理后的BuckDC/DC变换器系统框图DC/DC变换器中包含功率开关器件、二极管等非线性元器件，因此DC/DC变换器是一个非线性系统。但是当DC/DC变换器运行在某一稳态工作点附近时，电路状态变量的小信号扰动量之间呈现线性关系。因此，尽管DC/DC变换器为非线性电路，但当考察它在某一稳态工作点附近的动态特性时，仍可以把它当作线性系统来近似。变换器动态模型的建立就是基于以上思想，通过简化的

4、方法抓住主要矛盾，忽略次要因素，获得简洁的公式，直观地反映变换器动态特性与电路元器件参数之间的关系，是控制系统的工程化设计的基础。下面通过一个具体的例子介绍变换器动态模型的建模方法。5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-8　DC/DC变换器反馈控制系统5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-9　占空比宽度低频调制作用a)占空比调制前　b)占空比调制后5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-10　输出电压频谱5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-11　开关周期平均算子意义a

5、)h(t)函数　b)h(t)函数的幅频特性图5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-12　DC/DC变换器分割成线性定常网络和开关网络5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-13　Boost变换器与开关网络a)Boost变换器　b)开关网络5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-14　开关网络两个端口的波形5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-15　用受控源代替开关网络后的Boost变换器电路5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-16　由图5-15求开关周期平均5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图

6、5-17　Boost变换器的开关周期平均模型等效电路5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-18　Boost变换器开关器件仿真模型和开关周期平均仿真模型对比a)Boost器件仿真模型　b)Boost开关周期平均仿真模型5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-19　稳态情况下输入电流波形对比a)Boost电路电流波形　b)Boost开关周期平均等效电路电流波形5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-20　稳态情况下输出电压波形对比a)Boost电路电压波形　b)Boost开关周期平均等效电路电压波形5.2　开关周期平均与小信号

7、线性化动态模型图5-21　占空比突升情况下输入电流波形对比a)Boost电路电流波形　b)Boost开关周期平均等效电路电流波形5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-22　占空比突升情况下输出电压波形对比a)Boost电路电压波形　b)Boost开关周期平均等效电路电压波形5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-23　占空比突降情况下输出电压波形对比a)Boost电路电流波形　b)Boost开关周期平均等效电路电流波形5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-24　占空比突降情况下输出电压波形对比a)Boost电路电压波形　

8、b)Boost开关周期平均等效电路电压波形5.2　开关周期平均与小信号线性化动态模型图5-25　输入电压突升情况下输出电压