(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210952831.3 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 姚佳　郑威　颜建虎　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种通用开关电容建模 模块及其建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种应用于开关电源的通用 开关电容建模模块及其建模 方法， 该通用开关电 容模块共有六个外部端子， 内部包括两组互补工 作的开关支路和一个等效可变电容器， 共有四种 工作模式， 可便捷地用于各种含开关电容单元的 开关电源变换器建模。 所提出的通用建模方法， 预先完成了该通用开关电容模块的稳态模型、 大 信号模型和小信号模型的建模， 通过将待建模开 关电源变换器表示为该通用开关电容模块模型 加外部线性网络的形式， 可便捷地得到各种含有 开关电容单元的开关电源模型。 本发 明是一种新 型开关电源建模 方法， 可简化含开关电容单元变 换器的建模 过程。 模型考虑了系统的阻性寄生参 数具有较高建模精度， 涵盖了常用的大信号模 型、 稳态模型和小信号模型， 可用于系统特性分 析和控制器设计， 具有广泛适用性。 权利要求书5页 说明书15页 附图6页 CN 115292939 A 2022.11.04 CN 115292939 A 1.一种应用于开关电源的通用开关电容建模模块(GSCS)， 其特征在于， 模块共有6个端 子， 即0号端子、 1号端子、 2号端子、 3号端子、 4号端子和5号端子。 上述端子连接外部线性电 路， 其中0号端子连接等效电压源v0， 1号端子连接等效电流源i1， 2号端子连接等效电流源 i2， 3号端子连接等效电压源 v3， 4号端子连接等效电压源 v4， 5号端子连接等效电压源 v5。 GSCS模块内部包含两对互补工作的开关支路分别是(K1(d))、 (K1’(d′))和(K2(d))、 (K2’ (d′))； 其中， (K1(d))、 (K1’(d′))构成左桥臂， (K2(d))、 (K2’(d′))构成右桥臂； (K1(d))、 (K1’ (d′))互补工作， (K2(d))、 (K2’(d′))互补工作。 GSCS模块内部还包括一个等效可变电容 (Ceq)和一个串联等效寄生电阻(req)。 所述等效可变电容(Ceq)的正端连接GSCS模块的1号端子、 电流源i12的第一端、 左桥臂 有源开关(K1(d))的第一端以及左桥臂互补开关(K1’(d′))的第一端； 等效可变电容的负端 连接电阻(req)的正端； 所述串联等效寄生电阻(req)的负端分别连接2号端子、 电流源i12的 第二端、 右桥臂有源开关(K2(d))的第一端以及右桥臂互补开关(K2’(d′))的第一端； 所述左 桥臂有源开关(K1(d))的第二端连接GSCS模块的0 号端子， 左桥臂互补开关(K1’(d′))的第二 端连接4号端子， 右桥臂有源开关(K2(d))第二端连接5 号端子， 右桥臂互补开关(K2’(d′))第 二端连接 3号端子。 所述通用开关电容建模模块工作模式分为A、 B、 C、 D四种不同模式。 如表一所示， 模式A 情况下， 0号、 1号、 2号、 3号、 4号、 5号、 6号连接外部线性电路， 主开关管K1(d)、 K2(d)开通时， 等效可变电容Ceq分别连接电压源v0、 v5充电或放电； 在主开关管K1(d)、 K2(d)关断， 互补开 关K1’(d′)、 K2’(d′)导通时， 等效可变电容Ceq分别连接电压源v3， v4充电或放电； 模式B情况 下， 3号或4号端子置空， 其余端子连接外部线性电路， 主开关管K1(d)、 K2(d)开通时， 等效可 变电容Ceq分别连接电压源v0， v5充电或放电， 主开关管K1(d)、 K2(d)关断， 互补开关K1’(d′)、 K2’(d′)导通时， 等效可变电容Ceq分别连接电流源i1、 i12充电或放电； 模式C情况下， 1号或5 号端子置空， 其余端子连接外部线性电路， 等效可变电容Ceq在主开关管K1(d)、 K2(d)开通 时， 分别连接电流源i2、 i12充电或放电， 主开关管K1(d)、 K2(d)关断， 互补开关K1’(d′)、 K2’ (d′)导通时， 等效可变电容Ceq分别连接电压源v3， v4充电或放电， 模式D情况下， 0号、 3号端 子置空或4号、 5号端子置空， 其余端子连接外部线性电路， 等效可变电容Ceq在主开关管K1 (d)、 K2(d)开通时， 等效可变电容Ceq分别连接电流源i2、 i12充电或放电、 在主开关管K1(d)、 K2(d)关断， 互补开 关K1’(d′)、 K2’(d′)导通时， 等效可变电容Ceq分别连接电流源i1、 i12充电 或放电。 V： 电容Ceq连接电压源； I： 电容Ceq连接电流源； K1， 2_on： 主开关管K1、 K2开通； K′1， 2_off： 开关K1’、 K2’关断； K1， 2_off： 主开关管 K1、 K2关断； K′1， 2_on： 开关K1’、 K2’开通. 所述通用开关电容建模 模块的模型包括稳态模型、 大信号模型、 小信号模型。权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115292939 A 22.根据权利要求1所述的通用开关电容建模模块， 其特征在于， 所述通用开关电容建模 模块的稳态模型表达式如下： 所述通用开关电容建模模块工作于不同模式时， 其稳态模型的端子电压、 电流设置如 下表所示： 其中， Ceq为等效可变电容的容值， a是所述可变电容变比； ICeq为等效可变电容Ceq的稳 态电流， VCeq为等效可变电容Ceq两端的稳态电压， V0为0号端子稳态电压， V1为1号端子稳态 电压， V2为2号端子稳态电压， V3为3号端子稳态电压， V4为4号端子稳态电压， V5为5号端子稳 态电压， I0为0号端子稳态电流， I1为1号端子稳态电流， I2为2号端子稳态电流， I3为3号端子 稳态电流， I4为4号端子稳态电流， I5为5号端子稳态电流， I12为1号端子和2号端子之间所接 电流源支路的稳态电流， D为变换器稳态占空比， req为模块串联等效寄生电阻。 3.根据权利要求1所述的应用于开关电源的通用开关电容建模模块， 其特征在于， 所述 通用开关电容建模 模块的大信号模型表达式如下：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115292939 A 3