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摘要：本发明提出了一种电力电子变换器开关暂态的多重分段线性建模求解方法及系统，采用半桥变换器作为计算单元。该方法首先根据开关管模块的暂态过程构建行为模型，随后依据开关管和二极管的状态，将开关暂态划分为三个不同阶段，并为每个阶段建立等效电路。通过多重分段线性方法，对各阶段的等效电路进行非迭代求解。本发明在降压变换器中成功应用多重分段线性模型进行电路求解，展现了其在电力电子变换器设计和优化中的广泛应用潜力。相比传统方法，本发明能降低计算复杂度的同时更精确地进行暂态仿真，实现了高效、精确的仿真分析，有助于优化设计和提升系统性能。

主权项：1.一种电力电子变换器开关暂态多重分段线性建模求解方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、确定计算单元，采用半桥变换器作为计算单元；A2、根据开关管模块暂态过程搭建行为模型；A3、根据开关管和二极管状态将开关暂态分为三个不同阶段并对其分别建立等效电路；其中开关暂态在每个阶段选取二极管反向过程模拟电感电流iLrr、漏极电流ids、栅极电压vgs、漏源极电压vds四个变量作为状态变量，三个阶段具体包括：阶段一：二极管正向导通，二极管模型中的理想二极管等效为电压源与电阻的串联，其中电压源的压值为二极管正向压降Vd_on，电阻阻值为二极管正向电阻Rd_on，对二极管模型列写电流方程，存在关系式： 对此阶段的输入电压源Vcc、二极管和开关管组成的主回路列写基尔霍夫电压方程可以得到： 其中，Vds_off为开关管关断稳态下的漏极-源极电压，在此等效条件下其表达式为Vds_off＝Vd_on+ILRd_on+Vcc；开关管栅极电压低于阈值电压Vth，处于截止区，开关管中用于模拟动态特性的模拟电流源Imos＝0，此阶段对栅极列写电流方程可以得到： 其中，Vg为栅极控制电压，Rg为栅极电阻；对源极列写电流方程可以得到： 阶段二：二极管正向导通，开关管栅极电压高于阈值电压，模拟电流源Imos与栅极电压vgs和漏源极电压νds有关，符合函数关系：Imos＝fvds，vgs，对此阶段二极管模型列写电流方程，存在关系式： 对此阶段的主回路列写基尔霍夫电压方程可以得到： 对栅极列写电流方程可以得到： 对源极列写电流方程可以得到： 阶段三：二极管反向关断，二极管模型中的理想二极管等效为断路；开关管栅极电压高于阈值电压，模拟电流源与栅极电压和漏源极电压有关，符合函数关系：Imos＝fvds，vgs；此阶段由于理想二极管等效为断路，二极管模型中的反向恢复模拟电阻和模拟电感符合关系式： 二极管模块电流id符合关系式：id＝KvLrr＝-KRrriLrr，二极管电流与漏极电流之间符合关系式：ids＝IL-id，开关管等效电路中对栅极列写电流方程可以得到： 对源极列写电流方程可以得到： A4、通过多重分段线性方法对各个阶段的等效电路分别进行非迭代求解；A5、将多重分段线性模型运用于降压变换器的电路求解；其中，IL表示输入电流，Ls表示杂散电感的等效电感，Cds表示漏极－源极之间寄生电容的等效可变电容，Cdg漏极－栅极之间寄生电容的等效可变电容，Cgs表示栅极-源极之间寄生电容的等效电容，Lrr表示模拟反向恢复特性的电感，Rrr表示模拟反向恢复特性的电阻，KvLrr表示模拟反向恢复特性的受控电流源，K表示受控电流源系数；步骤A2中搭建的行为模型能以低的复杂度准确表示开关管暂态过程中截止区和非截止区的输出特性和转移特性，能准确表示二极管的反向恢复特性，开关管SiCMOSFET的模型由杂散电感的等效电感Ls，漏极－源极之间寄生电容的等效可变电容Cds，漏极－栅极之间寄生电容的等效可变电容Cdg，栅极-源极之间寄生电容的等效电容Cgs以及用于模拟开关管动态特性的受控电流源Imos组成，二极管模型由理想二极管和模拟反向恢复特性的电感Lrr、电阻Rrr、受控电流源KvLrr组成；步骤A4中的等效电路分别进行非迭代求解的具体步骤包括：步骤B1、加载上一步长计算结果；步骤B2、判断此时处于哪个阶段，开通过程中，栅极控制电压Vg＞0，开关管从截止状态切换为导通状态，二极管从导通状态切换为截止状态，先判断开关管是否处于截止区，判断依据为栅极电压是否达到阈值电压：若vgs≤Vth，则此时处于阶段一，模拟电流源Imos＝0，然后判断二极管状态，开通过程采用电流判断方式：若流过二极管模型的电流Id大于受控电流源电流，即Id≥KvLrr，则二极管模型中理想二极管保持导通状态，处于阶段二；否则理想二极管断开，处于阶段三，关断过程中，栅极控制电压Vg≤0，开关管从导通状态切换为截止状态，二极管从截止状态切换为导通状态，先判断二极管状态，关断过程采用电压判断方式：若vds≤Vcc+Vd_on，则二极管模型中理想二极管承受反压，保持断开状态，处于阶段三；否则理想二极管导通，然后判断开关管状态，若vgs＞Vth，开关管尚未达到截止区，处于阶段二；否则切换至截止状态，处于阶段一；步骤B3、计算更新等效寄生电容取值，等效电容中Cgs为常值，Cdg和Cds均为可变电容，其值随着电容两端电压变化而改变，符合函数关系Cds＝gvds，Cg＝hvdg，其中vdg＝vds-vgs；步骤B4、采用查找表的方法确定模拟电流源的取值，具体实现方法为先对模拟电流源进行线性化，将原来的复杂非线性函数Imos＝fvds，vgs表示为Imos＝k0+k1vgs+k2vds的形式，其中k0、k1和k2为线性化系数，根据多元函数线性化原理，此形式中vgs＝a，vds＝b时，线性化系数k1为原来的复杂非线性函数在vgs＝a，vds＝b此点对vgs的偏导，k2为对vds的偏导，k0为常数项，其表达式为 k0＝fa，b-k1·a-k2·b，然后选择合适的vds和vgs分段距离，将函数Imos＝fvds，vgs分为多个平面，并将线性化结果以二维表的形式进行存储，计算时根据vds，vgs的取值作为索引确定k0，k1和k2的值；步骤B5、按照不同阶段列写正确的状态方程求解电路，得到状态方程的矩阵形式其中，X为状态变量向量，u为输入向量，系数矩阵A为状态矩阵，系数矩阵B为控制矩阵，首先定义系数 对于阶段一，状态方程的矩阵形式可以表示为： 其中，二极管反向过程模拟电感电流iLrr、漏极电流ids、栅极电压vgs、漏源极电压vds四个变量为状态变量；系数矩阵的表达式为：状态矩阵控制矩阵对于阶段二，状态方程的矩阵形式可以表示为： 其中系数矩阵的表达式为：状态矩阵 控制矩阵其中K为受控电流源系数，k3为开关管等效电路中的电流源的线性化系数；对于阶段三，二极管状态方程为： 开关管漏极电流的计算方式为：ids＝IL+KRrriLrr，开关管状态方程的矩阵形式可以表示为： 其中， 对不同的阶段得到的状态方程进行数值积分求解，使用后向欧拉法，计算过程中采用的时间步长为h，则当前步长的状态变量值采用式Xn+1＝I-hA-1Xn+hI-hA-1Bu进行计算结果更新，其中，I为单位矩阵，Xn为当前步长的状态变量向量，Xn+1为下一步长的状态变量向量；步骤B6、用求解结果更新网络，结束当前步长，等待下一步长开始。

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