3-1稳态等效电路建模

        直流变压器用于模拟dc-dc变换器的理想功能。这个简单的模型正确地表示了变换器直流电压和电流之间的关系。该模型可以通过包括半导体正向压降和导通电阻、电感铁芯和铜损耗等损耗来改进。所得模型可以直接求解,求出实际非理想变换器的电压、电流、损耗和效率。

1 直流变压器模型 

        理想状态直流变换器如图1


图1

目前已知

  

因此模型可以简单表示为图2

图2 

添加一定的电阻,新模型如图3所示

图3 

图3(b)是把图(a)的一次侧换算到二次侧得到的。

可推算出 

2 添加电感的铜损耗 

电感器通常包括铜损耗的磁芯损耗,理想电感器的铜损耗模型如图4

图4

本小节以Boost电路为例进行建模,常见Boost电路如图5

图5

当开关分别位于位置1和位置2时,等效电路如图6(a),(b)所示

图6 

 

 根据图6(a)可得

根据图6(b)可得

根据电感的伏秒平衡(稳态时,在一个开关周期内,电感电压对时间的积分为0)可推出 

化简得

 

根据电容的电荷平衡(稳态时,在一个开关周期内,电容电流对时间积分为0)可推出

 

化简得

将伏秒平衡所得公式和电荷平衡所得公式合并化简得

 这个就是考虑电感铜耗时Boost电路的输出输入电压之比

图7描述了该比的关系曲线

图7 

 有意思的是,当D趋近于1时,输出电压反而趋近于0,这是因为当电路一直处于图6(a)时,电感器从未连接到输出端,因此没有能量传递到输出端,输出电压趋于零。

 3 等效电路的建立

我们已经推导出Boost电路具有

等效电路模型可以建立为图8

图8 

两个受控源可以变为变压器,则得到图9

图9 

将一次侧换算到2次侧,得到图10

图10 

可得输出电压和输出电流为

 

电路效率为

曲线如图11所示

图11 

 

4 考虑半导体传导损耗

 Boost电路如图12所示

图12 

当mos管导通时,可得电感电压和电容电流为

 当mos管闭合时可得

由电感伏秒平衡可得

由电容电荷平衡可得

可建立模型如图13所示

 图13

 

可得

 

 

 

 

 

 

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