【脉宽调制DCDC功率变换学习笔记027】PWM变换器模型的一般化

1、带寄生电阻的变换器建模

1.1、带理想电压源的BUCK变换器

由理想电压源供电的 Buck 变换器是寄生电阻不影响建模过程的一种特殊情况。

图 9.1a 给出了 Buck 变换器的电路图,其中电感器和电容器都包含寄生电阻。

图 9.1b 给出 PWM 开关的电路波形。由图 9.1b 很明显看出,一般电路变量的方程仍然与 5.2.2 节中方程相同:

(9.1)

忽略寄生电阻的存在。因此,如前几章所述,寄生电阻可以作为小信号模型的附加元件包括在内。这种特殊情况只适用于连接到理想电压源的 Buck 变换器。

1.2、带输入滤波器的 Buck 变换器

输入滤波器的工作情况如图 9.2 所示,其中假设反应滤波器分量 足够大。电压源支持输入电流的直流分量 ,而输入滤波器的 分支承载输入电流的交流分量 。电阻 为滤波器级提供了适当的阻尼。

具有输入滤波器级的 PWM 开关波形如图 9.3 所示。如图 9.3b 所示,输入滤波级不改变 PWM 开关的电流方程。然而,电压方程由输入滤波器级改变。有源--无源端的电压 分为两部分:滤波电容器两端的电压 和阻尼电阻器两端的电压(与 相反的极性)。滤波电容器电压 支持 的平均值或直流部分:

(9.2)

另一方面,阻尼电阻器电压 是由 的交流部分产生的交流电压:

(9.3)

电压 是具有零平均值的 的可比例缩放的复制。电压波形 如图 9.3c 所示,其中给出了电压摆幅

(9.4)

有源--无源端电压 现在表示为

(9.5)

该电压波形如图 9.3d 所示,其中定义了另一个直流电压电平 ,以促进电压方程的推导。最后,公共端和无源端之间的电压 如图 9.3e 所示。

从图 9.3e 可以看出, 的平均值由下式给出:

(9.6)

式 (9.6) 与 的先前电压方程式不同,是因为 。现在剩下的任务是找到 的表达式,可以使用图 9.4 中详细的 波形来求得。从图形构建可以看出,图 9.4 中两个阴影矩形的区域应该是相同的:

(9.7)

简化为

(9.8)

时,式 (9.8) 被重写为

(9.9)

为有源和无源端之间的交流电阻,这可以通过断开 和短接 来获得。然后给出最终平均电压方程

(9.10)