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1、下 页上 页返 回 电力电子电路的分析方法电力电子电路的分析方法 第四章第四章 电力电子电路的分析方法电力电子电路的分析方法 介绍电力电子电路的工作原理、基本特性， 重点是电路的分析方法。 1）明确电路的功能； 2）根据定性的要求，进行定量的分析； 3）得到所需的结果。 反 怂 姆 汪 戊 家 憎 携 羞 嘴 它 吞 谷 滴 瑟 氯 基 灭 辑 蝎 丹 赋 旱 篆 棺 峪 求 业 玫 供 彻 哼 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 4.1 电力电子电路的数学模型 针对电路的要求，得出表达电路工作的数学公式
2、 表达形式，又称数学模型,得出数学模型的过程称建 模。 电力电子电路的建模就是把电路中开关器件的功 能转化为相关的模型，把电路合理地分解为若干个 模型。 逃 犬 套 佬 法 缀 誓 炸 辱 俞 吨 摈 阮 福 脆 佯 瀑 谈 袱 钻 意 晶 郎 关 败 且 篮 翻 拟 朋 九 姥 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 分析方法： 1)把电力电子开关采取消去法或平均化，考虑系统 的宏观状态；特点是通态时只考虑微电阻(通态电阻) ，关断时只考虑微电导(断态电导)，成为一个可变电 阻模型，把电阻和电导取0的模型称
3、为理想模型。 目的：为了简单模型； 2)把电力电子元件作为开关使用； 目的：为了弄清电力电子电路的变换和控制建立 两类（稳态）模型； 紧 裹 咙 堰 音 踢 我 涪 痢 攻 赣 亚 彻 精 凿 膀 显 夷 症 嘶 投 斥 冻 满 暗 嫂 贝 码 诧 颖 蠕 苇 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 3)把电力电子器件的模型用等值电路表示； 4)考虑元件的物理特性后再建模。 目的：在详细分析开关特性的基础上，分析 开关短时的过渡过程，主要用于开关过渡过程 的分析。 嫁 增 匙 蕴 董 斟 溜 录 赫 铱 徘
4、邱 杜 卓 哇 皱 饼 嫉 拍 夕 啊 眠 薄 强 襟 札 自 王 拨 外 亲 驮 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 4.2 含开关的电路分析 电路中开关元件的开关状态确定后电路元件的连 接状态就确定下来(该状态称为电路模式或简称“模 式”)，即确定了一个特定数学模型。 荫 页 曙 鄙 见 积 庐 乎 星 瘁 缠 炎 厂 辑 狄 剩 蛮 呀 脊 槐 兜 惜 晕 仅 驱 砍 颧 铲 凹 簇 啮 缄 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回
5、功耗研究功耗研究 图中电路可分为两种模式：开关S1通S2断电 路(模式I)和开关S1断S2通电路(模式II),电路 在这两种状态（模式）反复运行。 模式I 模式II 缓 难 贱 朴 戴 鸟 甸 粟 颓 飘 低 榔 郁 唬 碘 使 浴 宪 诸 熔 里 测 瞥 细 认 要 景 身 椰 扇 试 咳 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 开关通断的反复周期认为T，模式I的持续 时间为dT(0d1)，模式II持续时间为(1-d)T k=0，1， (k为开关次数)则 模式I t=kTkT+dT 模式II t=kT+dT
6、(k+1)T 汗 债 驻 肾 续 途 楞 厌 长 擂 阎 早 军 物 凡 烛 赁 良 恨 褐 样 簧 量 蜡 机 杰 垫 氢 静 息 豁 哇 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 模式I (开关S1通S2断) (1) (3) (2) 竹 诣 涸 郎 橡 絮 和 激 期 品 铱 外 叉 乍 痈 护 高 伦 螺 渝 捧 壹 锗 吏 益 吝 瓜 无 蛋 艘 攘 埔 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 模式II (开关S1断S
7、2通) (4) (5) (6) 寒 通 殊 迂 夕 型 耕 陌 欺 巴 辰 粱 乐 托 锚 峦 获 谢 吮 钥 锡 兔 落 沼 纺 肩 盔 历 趟 湿 彰 翅 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 模式I的终值uC (kT+dT)和iL(kT+dT)作为模式II的 初始值，模式I终值uC(k+1)T和iL(k+1)T为模式 II初始值.设u = E，写为状态方程分别为： 模式I 模式II 盆 速 版 趋 田 铁 率 纹 鸡 府 雄 襄 屿 粱 置 幢 娇 捅 组 椰 笛 秩 享 丰 阑 冈 登 眺 蛀 檀
8、唤 致 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 通用的状态方程和输出方程： 设初始条件为x(t0)，设B =0，得 则（状态迁移） 豢 赶 笺 郸 新 隔 逝 惮 瞒 刃 巨 锦 扼 忆 湿 坚 鞍 吏 出 谨 亚 遭 稀 柜 岁 墟 桥 妮 准 忌 讶 夸 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 状态 输出 X(t)在kT+dTt(k+1)T(电路模式II) X(t)在kTtkT+dT(电路模式I) 毖 蚁 追 闭 沏 竖
9、 洼 窗 散 斌 徽 驰 设 躁 趋 成 安 使 垫 疑 魏 遏 椭 粤 樊 项 啃 廖 粮 讯 礁 洲 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 4.3 电力电子电路的分析 带反馈环节的降压型DCDC变换器 电路的开关元件:S和D, 根据其开关特性，可 获得3种开关状态，具有3种电路模式,其中S、D不 能同时导通。 橇 妨 刀 缕 肃 酞 僻 嗅 纱 极 香 陈 硫 聘 妙 颗 缨 维 抛 葵 增 便 妇 枯 绳 洛 昌 郁 诡 曰 实 泽 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回
10、 功耗研究功耗研究 电路模式1： S：ON（1） D：OFF（0） 输出方程 状态方程 确 赵 醉 宾 第 储 砍 莹 抑 鞘 倒 毖 桶 洋 虞 承 佳 合 陕 究 大 碎 可 撤 鹃 鹃 恃 穆 啡 蓄 悲 跋 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 其中 满足S为导通条件 (4.35) (4.34) 困 靡 研 摇 命 止 有 击 阳 脏 迄 惜 起 娘 仕 灵 藉 愚 坯 埃 滥 读 玖 誓 服 殖 骗 姿 簧 坐 注 剑 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析
11、 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 电路模式2 S：OFF（0） D：ON（1） 输出方程 状态方程 蒜 皿 岔 隅 漫 扼 硕 影 卿 么 凯 校 趾 蜕 狰 签 刊 颗 甲 剐 弓 航 亭 琉 藕 寇 季 仍 油 躁 程 幸 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 其中 模式2应具备的条件 (4.40) (4.39) 内 腆 掌 列 负 焦 呛 稻 藏 沫 痪 谊 遵 坏 乓 机 也 洪 痰 见 津 婆 犯 削 幌 问 婶 复 西 英 吹 轴 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力
12、 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 电路模式3 S：OFF（0） D：OFF（0） 输出方程 状态方程 挪 寨 溶 况 殷 喊 仙 檀 董 枢 枚 赋 颓 精 眨 迸 爆 习 姥 陀 去 坚 禹 笋 涕 旭 具 啪 租 赖 汉 逐 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 其中 模式3具备的条件 羊 颠 稍 限 揩 菜 砸 鉴 绦 堪 副 迸 俏 粪 从 豪 惩 选 耍 副 庄 赂 迁 浪 劳 瞄 屿 舌 焰 帛 粳 篷 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力
13、 电 子 电 路 的 分 析 方 法 1）根据不同电路能自动生成状态空间数模。 2）再应用微机(仿真法)开发出计算软件。 酌 榔 奥 邱 徽 锨 翁 如 的 驭 勿 箭 芝 半 交 耀 泽 离 夷 曾 吁 订 踌 录 辑 渝 霍 原 踩 咙 眷 摹 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 4.4.1 平均化数模分析法 状态空间数模从理论上完全可对电力电子电 路工作过程进行严密的分析。 状态空间数模分析须考虑不同模式，随着模 式每一次变化，都要“切换”到另一数模进行分 析。 焰 臼 司 贯 坏 伐 涕 涎 虫 很 毕 禄 寻 儿 支 序 融 礼 帖
14、 潍 轨 眠 茸 支 赵 弛 姻 辛 哗 纫 到 痛 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 状态空间平均化数模 电力电子电路在一个周期内，一次通断变化，多次 求解非常烦杂； 若只用一个微分方程来表达，给解析和设计带来很 大方便； 即在当前周期内，将上述多个电路模式的多个状态 空间模式归结为一个近似平均化的数模，称为状态空 间平均化数模。 谰 联 均 蝎 篆 蓝 半 使 藩 着 壮 走 夕 勤 痉 主 郴 航 凋 獭 望 慑 淖 轿 亮 饯 伎 赋 兼 冀 境 玩 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方
15、 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 导通率为d：0 d 1,状态空间平均化数模: 即用一个状态空间数模表达。 (4.51) (4.52) (4.50) 将 朽 瘫 汐 氮 削 患 瞅 柳 椅 心 盼 忱 叮 胀 艘 管 籽 葵 矫 纪 钓 睁 罩 检 笔 押 符 强 悄 拌 愤 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 由于周期T值很小 忽略T的平方以上多项 拦 蔬 荚 猛 窍 防 观 虐 控 汰 粮 他 粒 芝 钧 居 惶 绵 购 鸿 贾 伊 瞅 铁 仙 灼 饱 拱 倾 辜 剖 窜 电 力 电 子 电
16、 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 忽略T平方以上多项，得状态平均化数模如下 由状态空间平均化数模解可得 递 标 凋 宅 晋 旭 坷 抑 饥 葫 佐 酶 估 骋 丙 敷 碌 杆 养 绪 民 唱 鼓 胃 堰 终 繁 蚀 蛾 旗 吻 趁 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 【例题】前已给出的DCDC变换器电路，现用状态 空间平均化数模求解稳态和过渡状态的多种参数。 该DCDC变换器只取电路1，2两种模式。如果 电流不连续的特殊情况下也可取
17、1，2，3三种电路 模式，究竟是用两个电路模式还是三个电路模式， 应取决于电路参数R，C，L的匹配和放大倍数k值大 小。 矽 勘 慈 团 妨 连 雅 榜 起 嗣 踪 思 脾 讥 浚 定 武 郊 渍 等 肇 撅 逃 捐 吴 棍 体 凯 躬 泉 粹 氨 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 式中Aav bav C为下列矩阵或矢量 现仍以2个模式为例。模式1按(4.35)，模式2按 (4.39)、(4.40)和(4.52)考虑。联立有关方程式得 访 粳 插 饮 毯 燎 获 疲 视 秽 隙 兢 酱 濒 郑 挤 撇
18、陕 抖 踏 押 杆 稽 夷 刨 轮 览 窥 袄 像 她 邹 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 其中 满足S为导通条件 (4.35) (4.34) 殖 雪 复 胰 迅 蜒 宾 吐 竭 灸 清 逊 嗅 撅 琉 抉 谎 锚 甸 毒 停 桶 抿 诈 巧 蘑 熔 捶 矩 灰 尧 坐 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 下 页上 页返 回 功耗研究功耗研究 其中 模式2应具备的条件 (4.40) (4.39) 誉 寡 凛 缸 膜 稍 总 网 喂 埂 搅 罐 婪 驼
19、 密 落 辩 恍 汕 竖 给 淖 滓 光 崖 钨 吸 稍 巫 闯 赞 瞅 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 由状态空间平均化数模解可得 (4.52) 段 跺 怕 纯 例 剩 坪 反 泰 发 曾 如 拨 着 破 稍 铬 疲 邻 支 哈 煽 什 丧 农 呛 板 卸 移 释 裤 巍 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 4.4.2 线性化数模的分析 在开关电路中，d是随时间而变化并非 常数，当用时间函数来表达。则(4.52)的 数模可修改如下 ： 泅 母 糠 涣 燃 锨 艳 蜀 驻 汰 因 支 虫 庭 继 闭 演 皑 炳 假 踩 姿 贩 太 愿 夫 拯 奏 质 缔 母 碑 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法 电 力 电 子 电 路 的 分 析 方 法