Buck變換器參數辨識的分析

構建了Buck變換器參數辨識的方法。通過檢測電感電流和輸出電壓的波形信號，可辨識出電路的濾波電感、濾波電容及其等效串聯電阻，并可應用于參數在線辨識,故障趨勢判斷和預知維護。最后通過實驗驗證了這一方法的有效性。

關鍵詞：Buck變換器；參數辨識；方法

0 引言

隨著電力電子技術的日益發展，電力電子變換器在工業、航空、信息產業等領域得到了越來越廣泛的應用。Buck變換器是一種結構比較簡單，應用十分廣泛的DC/DC降壓變換器，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、開關器件特性劣化等參數性故障，會降低變換器的工作性能和安全性，影響輸出指標，嚴重的會引發開關器件短路或開路故障，從而造成嚴重的經濟損失。因此，有必要研究變換器的參數辨識方法以實現參數性故障診斷，從而為故障趨勢判斷和預知維護創造條件。

本文通過建立Buck變換器的模型，并且在這一模型的基礎上，通過最小二乘算法獲得了的變換器參數辨識的方法。這種方法適用于CCM和DCM工作模式的變換器的參數辨識，能夠推廣到其他開關變換器，并且能夠被應用于在線參數辨識和故障自動診斷系統。通過對變換器的濾波電感、濾波電容及其等效串聯電阻的參數辨識的實驗，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，開關器件被視作理想器件。電容的等效串聯電阻(ESR)是衡量電容是否正常的一個很重要的參數，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，并且在參數辨識過程中也作為一個參數來進行辨識。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CCM工作模式下，變換器會在兩種正常的工作狀態下運行，即s1=1，s2=0和s1=0，s2=1。在DCM工作模式下，變換器會在三種正常的工作狀態下運行，即s1=1，s2=0、s1=0，s2=1和s1=0，s2=0。結合各種狀態下變換器的微分方程組，可以歸納推導出變換器的模型為

＋(s1＋s2)×＋s1（1）

s1及s2不能同時為1。

2 Buck變換器的參數辨識

2.1 Buck電路參數辨識的基本原理

對式（1）作離散化處理，可以得到

＋

[s1(t－1)＋s2(t－1)]×＋s1(t－1)（2）

采用遞推最小二乘法作參數辨識，t可以作為第t次觀測數目，各矩陣定義如下：

φ(t)={i(t－1),uo(t－1),[s1(t－1)＋s2(t－1)]i(t－1),[s1(t－1)＋s2(t－1)]×uo(t－1),s1(t－1)}T（3）

θ1=[1,0,0,－T/L,ET/L]T（4）

θ2=（5）

x1(t)=φT(t)θ1（6）

x2(t)=φT(t)θ2（7）