基于图论的谐振开关电容变换器潜在电路路径分析

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潜电路是潜伏在系统中的一种通路或状态,它在一定条件下出现并导致系统产生非预想到的特性。它的出现会可能导致系统出现非期望的功能。潜电路产生的原因不是元件、设备或系统故障,而是由系统设计引起的。潜电路的发生条件与参数密切相关,它的存在会影响变换器的整体性能。 谐振开关电容变换器具有其重量轻、体积小、功率密度高的优点,并且可以集成在一块芯片上,因而成为电力电子系统的集成化研究的一个热点。本文作者首次发现谐振开关电容变换器当中存在着潜电路现象,发现谐振开关电容变换器的潜电路是在特定的电路运行条件下产生的,与电路参数密切相关,潜电路的存在会影响变换器的整体性能。该发现说明电力电子电路的扰动会造成系统不应有的动作或对应有功能的抑制。因此,在开发与设计新型电路的同时需要识别电路中的潜电路,了解潜电路的产生条件,以便及早采取措施消除潜在状态,提高系统的可靠性与安全性,为改进电路设计提供有力的依据。 本文介绍了谐振开关电容变换器的潜电路现象,并针对n阶谐振开关电容变换器结构复杂、难于直接找到潜电路路径等问题,提出利用图论分析潜电路路径的方法。该方法将谐振开关电容变换器的拓扑简化为有向图,根据连接矩阵算法计算节点间的所有通路,并通过增加虚拟节点实现回路路径的计算,再根据路径判据剔除虚假路径,从而区分正常路径和潜电路路径。为了验证其有效性,本文使用该方法对各种谐振开关电容变换器的通路和回路进行了计算,对这些计算结果进行分析,判断存在的所有潜在通路。接着,本文将该方法推广至其他电力电子拓扑的路径计算分析中,进一步证明了该方法的有效性。 最后,在理论分析的基础上,本文设计了基本类型及1/3降压式谐振开关电容DC/DC变换器,研究其潜电路的现象,验证了理论分析正确性。
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