[发明专利]一种基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法

权利要求书

1.一种基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：绘制电源电路原理图，所述电源电路为BUCK电流馈电全桥；

步骤2：根据电源电路原理图，选取几种传递函数，绘制电源电路的系统动态框图；

步骤3：根据系统动态框图中的各模块传递函数的分析，确定需要求解的模型；

步骤4：确定需要求解的模型在一个开关周期内与运行状态相关的变量的向量；

步骤5：建立状态方程，通过状态方程确立状态矩阵A、输入矩阵B、输出矩阵C0和传递矩阵E；

步骤6：求解状态方程，具体如下：

式中，y(s)为输出变量，ig(s)为输入电流变量，v(s)为输出电压变量，Gyg(s)为全桥输出对输入的传递函数，C0为输出矩阵，s为变量，I为单位矩阵，A为状态矩阵，B为输入矩阵，E为传递矩阵；

输出电压v(s)对输入电压的传递函数等于上式对应的第二行的结果，同理输入电流ig(s)对输入电压的传递函数即为第一行的结果；在电感小于1mH、电容小于1u的情况下，BUCK电流馈电全桥中的全桥的传递函数就相当于比例函数，但是此时的全桥没有死区的状态；

步骤7：结合步骤1～步骤6得到完整的级联拓扑的传递函数；

步骤8：根据所述级联拓扑的传递函数确定电源电路控制环，并建立电源电路系统模型进行仿真。

2.根据权利要求1所述的基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法，其特征在于，步骤2所述的根据电源电路原理图，选取几种传递函数，绘制电源电路的系统动态框图，具体如下：

在几种传递函数中根据与运行状态相关的变量，选取相应的函数，绘制系统的动态框图；

相应的函数分别为：

Ge(s)：补偿网络的传递函数；

Um：PWM三角波幅值；

Gvd(s)：系统开环时斩波输出对占空比的传递函数；

Gvg(s)：系统开环时全桥输出对全桥输入的传递函数；

β：取样比。

3.根据权利要求1所述的基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法，其特征在于，步骤3所述的根据系统动态框图中的各模块传递函数的分析，确定需要求解的模型，具体如下：

系统开环时斩波输出对占空比的传递函数Gvd(s)、PWM三角波幅值Um和取样比β已知，补偿网络的传递函数Ge(s)待求，因此确定需要求解的模型为系统开环时全桥输出对全桥输入的传递函数Gvg(s)。

4.根据权利要求1所述的基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法，其特征在于，步骤4所述与运行状态相关的变量包括输入电流ig和输出电压v。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法，其特征在于，步骤5所述的建立状态方程，通过状态方程确立状态矩阵A、输入矩阵B、输出矩阵C0和传递矩阵E，具体如下：

电源电路为BUCK电流馈电全桥，设置全桥参数为：变比1:15，输出4.5kV/0.1A，β＝1/1000，输出电感＝10uH，输出电容＝0.1uF；

由于是电流馈电，级联全桥的两对桥臂之间没有死区，因此只有一种工作状态，确立状态方程如下：

v_L(t)＝L·di(t)/dt＝n·v_g(t)-v(t)

i_C(t)＝C·dv(t)/dt＝i(t)-v(t)/R

i_g(t)＝n·i(t)

其中，v_L(t)为全桥输出电感状态变量，i_C(t)为全桥输出电容状态变量，L为输出电感，C为输出电容，n为变比，i(t)为输出电流状态变量，v_g(t)为输入电压状态变量，v(t)为输出电压状态变量，R为输出负载；

整理得：

由以上两式确立状态矩阵A、输入矩阵B、输出矩阵C0和传递矩阵E：

定义单位矩阵：

6.根据权利要求5所述的基于级联拓扑传递函数的电源电路建模仿真方法，其特征在于，步骤7所述的得到完整的级联拓扑的传递函数，具体如下：

综上得级联拓扑的传递函数为：

其中，G(f)为传递函数，Vg为输入电压值，频率f为自变量，ω_zc为零点角频率，ω₀为双重极点角频率，Q为品质因数，Um为PWM三角波幅值，β为取样比，Ge(s)为补偿网络的传递函数。