基于系统辨识的PWM型和PFM型开关功率变换器动态建模

【摘要】：对于电路结构与控制时序简单的开关功率变换器,采用状态空间平均法、等效受控源法、开关网络平均模型法等现有的一些方法对其建模;而对于电路结构与控制时序复杂的开关功率变换器,如ACPDC和FPRDC,由于电路所含元件较多,工作过程和电路模型复杂,使用上述方法遇到了很大困难,这就极大地阻碍了开关电源设计者对开关变换器的进一步研究.文献《A New Modeling Method for the Switching Power Converter》从系统辨识的角度出发,提出了一种建模新方法——差分方程参数拟合法,并采用此方法对简单的PWM型开关功率变换器——BUCK和BOOST进行小信号建模,经仿真验证建模效果很好。本文借助于仿真软件PSPICE和MATLAB,将此方法应用到复杂开关功率变换器的小信号建模中,对复杂的FWM型变换器ACPDC和复杂的PFM型变换器FPRDC分别进行动态建模,得到传递函数模型(如公式1与2),H(s)=(2.0114(s+58820)(s^2+39580s+1.679e009)(s^2-3062s+2.282e010))/((s+19110)(s^2+6494s+7.369e007)(s^2+2895s+2.468e010)) H(s)=1997924.8958(s+2685)/((s+2664)(s+1850))并对模型进行了仿真验证(其阶跃响应拟合情况如图1与2),可见拟合地很好。本文对ACPDC和FPRDC的建模研究,证实了差分方程参数拟合法不仅适用于简单的开关功率变换器的动态建模,而且同样适用于复杂PWM型和PFM型开关变换器的动态建模:建立的模型不仅精确,而且方法简单、快捷。