Buck变换器参数辨识的分析

构建了Buck变换器参数辨识的方法。通过检测电感电流和输出电压的波形信号，可辨识出电路的滤波电感、滤波电容及其等效串联电阻，并可应用于参数在线辨识,故障趋势判断和预知维护。最后通过实验验证了这一方法的有效性。

关键词：Buck变换器；参数辨识；方法

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/DC降压变换器，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CCM和DCM工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、滤波电容及其等效串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。电容的等效串联电阻(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CCM工作模式下，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=1。在DCM工作模式下，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=0。结合各种状态下变换器的微分方程组，可以归纳推导出变换器的模型为

＋(s1＋s2)×＋s1（1）

s1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

＋

[s1(t－1)＋s2(t－1)]×＋s1(t－1)（2）

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：

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）