Buck變換器的模型構(gòu)建及其參數(shù)辨識分析

1、Buck變換器的模型構(gòu)建及其參數(shù)辨識分析0引言隨著電力電子技術(shù)的日益發(fā)展，電力電子變換器在工業(yè)、航空、信息產(chǎn) 業(yè)等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用。Buck變換器是一種結(jié)構(gòu)比較簡單，應用十 分廣泛的DC/DCtt壓變換器，也越來越多地應用在許多大功率電壓變換場合。 因此，對其可靠性和可維護性的要求也越來越高。元器件的軟故障，如電容、 變壓器、電感、開關(guān)器件特性劣化等參數(shù)性故障，會降低變換器的工作性能和 安全性，影響輸出指標，嚴重的會引發(fā)開關(guān)器件短路或開路故障，從而0引言隨著電力電子技術(shù)的日益發(fā)展，電力電子變換器在工業(yè)、航空、信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng) 域得到了越來越廣泛的應用。Buck變換器是一種結(jié)構(gòu)比較簡單，應

2、用十分廣泛 的DC/DCtt壓變換器，也越來越多地應用在許多大功率電壓變換場合。因此， 對其可靠性和可維護性的要求也越來越高。元器件的軟故障，如 電容、變壓器、電感、開關(guān)器件特性劣化等參數(shù)性故障, 會降低變換器的工作性能和安全性，影響輸出指標，嚴重的會引發(fā)開關(guān)器件短 路或開路故障，從而造成嚴重的經(jīng)濟損失。因此，有必要研究變換器的參數(shù)辨 識方法以實現(xiàn)參數(shù)性故障診斷，從而為故障趨勢判斷和預知維護創(chuàng)造條件。本文通過建立Buck變換器的模型，并且在這一模型的基礎(chǔ)上，通過最小二乘算 法獲得了的變換器參數(shù)辨識的方法。這種方法適用于CC防口 DCM：作模式的變換器的參數(shù)辨識，能夠推廣到其他開關(guān)變換器，并且能

3、夠被應用于在線參數(shù)辨 識和故障自動診斷系統(tǒng)。通過對變換器的濾波電感、濾波電容及其等效用聯(lián)電 阻的參數(shù)辨識的實驗，驗證了這一方法的有效性和準確性。1 Buck變換器的模型構(gòu)建Buck變換器電路如圖1所示。圖1 Buck變換器在Buck變換器建模中，開關(guān)器件被視作理想器件。電容的等效用聯(lián)電阻（ESR）是衡量電容是否正常的一個很重要的參數(shù)，同時它對電路的性能有較大的影 響，特別是對輸出電壓的紋波影響較大，故在建模過程中予以考慮，并且在參 數(shù)辨識過程中也作為一個參數(shù)來進行辨識。而電感的ESR由于其影響較小，因此建模中不予考慮。變換器的等效電路圖如圖2所示。圖2 Buck變換器等效電路圖在CCME作模式

4、下，變換器會在兩種正常的工作狀態(tài)下運行，即 s1=1, s2=0和 s1=0, s2=10在DCME作模式下，變換器會在三種正常的工作狀態(tài)下運行，即 s1=1, s2=0、s1=0, s2=1和s1=0, s2=0o結(jié)合各種狀態(tài)下變換器的微分方程(1)+ s1組，可以歸納推導出變換器的模型為+ (s1 +s2) xs1及s2不能同時為1。2 Buck變換器的參數(shù)辨識2.1 Buck電路參數(shù)辨識的基本原理對式（1）作離散化處理，可以得到-1)+s2(t 1)采用遞推最小二乘法作參數(shù)辨識，t可以作為第t次觀測數(shù)目，各矩陣定義如 下：&phi ;(t)=i(t1),uo(t 1),s1(t

5、1)+s2(t 1)i(t 1),s1(t -1) +s2(t -1) xuo(t 1),s1(t 1)T (3)9 1=1,0,0, T/L,ET/LT (4)9 2= U(5)x1(t)=小 T(t) 8 1 (6)x2(t)= 6T(t) 82 于是，通過最小二乘法，可以得出一組遞推算法：(t +1)=(t) +k(t)xn(t +1) 6T(t +1)(t)(8)k(t)=p(t) K (t +1)1 + 6T(t +1)p(t) K(t+11(9)p(t+1)=p(t) k(t) 6 T(t+1)p(t)(10)式中：n取值為1, 2。將式（2）寫成參數(shù)表達形式+ s1(t -1) +s2(t 1)國“ Hl+ s1(t 1)目此, h212.2 Buck電路參數(shù)辨識實驗(11)分析中我們發(fā)現(xiàn)，式（2）右邊第一和第二項之間有相關(guān)性。當 S1 + S2的值為 1,即s1及s2之中至少有一個開關(guān)是導通時，第一項和第二項的狀態(tài)項是相同 的，當s1及s2的值為0,即s1及s2都是關(guān)斷時，第二項的值始終為零，因理論上雖然 m匚I并不是相對應的收斂于 a11, h11, a21,a12, h12, a22, h22回”I,但向 T卻應該分別收斂于a11 +O于是可以實驗系統(tǒng)的方框圖如圖