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1、Buck变换器的模型构建及其参数辨识分析0引言随着电力电子技术的日益发展，电力电子变换器在工业、航空、信息产 业等领域得到了越来越广泛的应用。Buck变换器是一种结构比较简单，应用十 分广泛的DC/DCtt压变换器，也越来越多地应用在许多大功率电压变换场合。 因此，对其可靠性和可维护性的要求也越来越高。元器件的软故障，如电容、 变压器、电感、开关器件特性劣化等参数性故障，会降低变换器的工作性能和 安全性，影响输出指标，严重的会引发开关器件短路或开路故障，从而0引言随着电力电子技术的日益发展，电力电子变换器在工业、航空、信息产业等领 域得到了越来越广泛的应用。Buck变换器是一种结构比较简单，应
2、用十分广泛 的DC/DCtt压变换器，也越来越多地应用在许多大功率电压变换场合。因此， 对其可靠性和可维护性的要求也越来越高。元器件的软故障，如 电容、变压器、电感、开关器件特性劣化等参数性故障, 会降低变换器的工作性能和安全性，影响输出指标，严重的会引发开关器件短 路或开路故障，从而造成严重的经济损失。因此，有必要研究变换器的参数辨 识方法以实现参数性故障诊断，从而为故障趋势判断和预知维护创造条件。本文通过建立Buck变换器的模型，并且在这一模型的基础上，通过最小二乘算 法获得了的变换器参数辨识的方法。这种方法适用于CC防口 DCM：作模式的变换器的参数辨识，能够推广到其他开关变换器，并且能
3、够被应用于在线参数辨 识和故障自动诊断系统。通过对变换器的滤波电感、滤波电容及其等效用联电 阻的参数辨识的实验，验证了这一方法的有效性和准确性。1 Buck变换器的模型构建Buck变换器电路如图1所示。图1 Buck变换器在Buck变换器建模中，开关器件被视作理想器件。电容的等效用联电阻（ESR）是衡量电容是否正常的一个很重要的参数，同时它对电路的性能有较大的影 响，特别是对输出电压的纹波影响较大，故在建模过程中予以考虑，并且在参 数辨识过程中也作为一个参数来进行辨识。而电感的ESR由于其影响较小，因此建模中不予考虑。变换器的等效电路图如图2所示。图2 Buck变换器等效电路图在CCME作模式
4、下，变换器会在两种正常的工作状态下运行，即 s1=1, s2=0和 s1=0, s2=10在DCME作模式下，变换器会在三种正常的工作状态下运行，即 s1=1, s2=0、s1=0, s2=1和s1=0, s2=0o结合各种状态下变换器的微分方程(1)+ s1组，可以归纳推导出变换器的模型为+ (s1 +s2) xs1及s2不能同时为1。2 Buck变换器的参数辨识2.1 Buck电路参数辨识的基本原理对式（1）作离散化处理，可以得到-1)+s2(t 1)采用递推最小二乘法作参数辨识，t可以作为第t次观测数目，各矩阵定义如 下：&phi ;(t)=i(t1),uo(t 1),s1(t 1)+s
5、2(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，通过最小二乘法，可以得出一组递推算法：(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取值为1, 2。将式（2）写成参数表达形式+ s1(t -1) +s2(
6、t 1)国“ Hl+ s1(t 1)目此, h212.2 Buck电路参数辨识实验(11)分析中我们发现，式（2）右边第一和第二项之间有相关性。当 S1 + S2的值为 1,即s1及s2之中至少有一个开关是导通时，第一项和第二项的状态项是相同 的，当s1及s2的值为0,即s1及s2都是关断时，第二项的值始终为零，因理论上虽然 m匚I并不是相对应的收敛于 a11, h11, a21,a12, h12, a22, h22回”I,但向 T却应该分别收敛于a11 +O于是可以实验系统的方框图如图3所示，通过PCI9810高速数据采集卡，将经过信号调 理的Buck电路的电感电流、输出电压和控制脉冲信号采集进入 PC中，在PC中 进行数据处理和参数辨识的工作。国一图3实验系统框图
Buck变换器的模型构建及其参数辨识分析
