CN114337210A - 基于变换器的建模方法、装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变换器的建模方法、装置以及电子设备。其中，该方法包括：获取变换器中多个开关的开关状态，其中，变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关；根据开关状态确定变换器对应的多种充放电状态；根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，其中，状态空间表达式用于表征变换器的工作状态；基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。本发明解决了现有技术中在分析变换器的电流纹波时所存在的分析效率低的技术问题。

Description

基于变换器的建模方法、装置以及电子设备

技术领域

本发明涉及变换器控制领域，具体而言，涉及一种基于变换器的建模方法、装置以及电子设备。

背景技术

现有技术中，交错变换器的开关调制方法主要涉及两相交错并联boost变换器以及堆叠交错变换器。其中，现有技术在对任意一种变换器的电流纹波进行分析时，都需要通过构建变换器对应的拓扑结构，并基于拓扑结构对变换器中的电感状态进行逐步分析，从而得到变换器的电流纹波的分析结果。

但是，如果需要分析多个不同的变换器的电流波纹，现有技术必须要构建多个不同的拓扑结构，然后才能分析得到每个变换器对应的电流纹波，整个过程步骤繁琐，分析效率低。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于变换器的建模方法、装置以及电子设备，以至少解决现有技术中在分析变换器的电流纹波时所存在的分析效率低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于变换器的建模方法，包括：获取变换器中多个开关的开关状态，其中，变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关；根据开关状态确定变换器对应的多种充放电状态；根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，其中，状态空间表达式用于表征变换器的工作状态；基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。

进一步地，基于变换器的建模方法还包括：在预设工作周期内，循环切换多个开关的开关状态，并根据多个开关的开关状态确定多种充放电状态，以使变换器处于多相堆叠交错状态，其中，在多相堆叠交错状态下，消除由变换器中多个相回路上的电感交错充放电产生的电流纹波；根据预设工作周期以及多种充放电状态的变化频率，确定变换器对应的占空比，其中，占空比为变换器处于每种充放电状态的时长与预设工作周期的比值；获取变换器的相回路数量以及变换器中目标电阻的电阻值；根据相回路数量、电阻值以及占空比调整状态空间表达式中的第一参数以及第二参数，得到目标状态空间表达式，其中，第一参数为变换器中的相回路电流以及电容电压的系数，第二参数为变换器中的电源电压的系数。

进一步地，基于变换器的建模方法还包括：变换器为三相堆叠交错的第一变换器，第一变换器至少包括：第一相回路、第二相回路、第三相回路、第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，其中，第一相回路至少包括：第一主电感和第一从电感，第二相回路至少包括：第二主电感和第二从电感，第三相回路至少包括：第三主电感和第三从电感，第一桥臂上至少设置有第一开关以及第二开关，第二桥臂上至少设置有第三开关以及第四开关，第三桥臂上至少设置有第五开关以及第六开关，其中，第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂在第一变换器中并联连接。

进一步地，基于变换器的建模方法还包括：在第一开关、第二开关以及第四开关闭合，并且第五开关、第六开关以及第三开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第一充放电状态，其中，在第一充放电状态中，第一从电感、第二主电感以及第三主电感处于放电状态，第一主电感、第二从电感以及第三从电感处于充电状态；在第三开关、第四开关以及第六开关闭合，并且第一开关、第二开关以及第五开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第二充放电状态，其中，在第二充放电状态中，第一主电感、第二从电感以及第三主电感处于放电状态，第一从电感、第二主电感以及第三从电感处于充电状态；在第五开关、第六开关以及第二开关闭合，并且第三开关、第四开关以及第一开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第三充放电状态，其中，在第三充放电状态中，第一主电感、第二主电感以及第三从电感处于放电状态，第一从电感、第二从电感以及第三主电感处于充电状态；在第二开关、第四开关以及第六开关闭合，并且第一开关、第三开关以及第五开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第四充放电状态，其中，在第四充放电状态中，第一主电感、第二主电感以及第三主电感处于放电状态，第一从电感、第二从电感以及第三从电感处于充电状态。

进一步地，基于变换器的建模方法还包括：获取第一变换器的第一预设工作周期以及第一变换器中第一目标电阻的第一电阻值；基于第一预设工作周期以及第一变换器处于每种充放电状态的时长确定第一变换器的第一占空比；根据第一电阻值以及第一占空比确定每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数；基于每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数对状态空间表达式的参数进行调整，得到第一变换器对应的第一目标状态空间表达式。

进一步地，基于变换器的建模方法还包括：计算第一变换器对应的所有第一参数的参数值的平均值，得到第一目标状态空间表达式的第一参数；根据每种充放电状态对应的第二参数的参数值，确定第一目标状态空间表达式的第二参数。

进一步地，基于变换器的建模方法还包括：在变换器中任意一条桥臂出现故障时，获取剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态；根据剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态，更新变换器对应的多种充放电状态，得到更新后的多种充放电状态；根据更新后的多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到更新后的目标状态空间表达式；基于更新后的目标状态空间表达式对目标数学模型进行更新，得到更新后的目标数学模型。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于变换器的建模装置，该装置包括：获取模块，用于获取变换器中多个开关的开关状态，其中，变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关；确定模块，用于根据多个开关的开关状态确定变换器对应的多种充放电状态；调整模块，用于根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，其中，状态空间表达式用于表征变换器的工作状态；构建模块，用于基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述的基于变换器的建模方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的基于变换器的建模方法。

在本发明实施例中，采用基于变换器的充放电状态确定目标状态空间表达式，并基于目标状态空间表达式构建目标数学模型的方式，通过获取变换器中多个开关的开关状态，并根据多个开关的开关状态确定变换器对应的多种充放电状态，从而根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，最终基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关，状态空间表达式用于表征变换器的工作状态，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。

由上述内容可知，由于本申请可基于多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，从而得到目标状态空间表达式，因此，在对相回路数量不同的多个变换器进行分析时，本申请无需对每个变换器构建对应的拓扑结构，只需要根据每个变换器对应的多种充放电状态确定对应的目标状态空间表达式，即可确定变换器的工作状态。另外，与现有的通过构建拓扑结构分析电流纹波相比，本申请还可基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，并通过目标数学模型对变换器的电流纹波进行分析，由于目标数学模型在分析电流纹波时减少了构建拓扑结构的步骤，因此，本申请所提供的方案能够更加简单高效地对变换器的电流纹波进行分析。

由此可见，通过本申请的技术方案，达到了通过构建模型对变换器的电流纹波进行分析的目的，从而实现了提高对变换器的电流纹波的分析效率的效果，进而解决了现有技术中在分析变换器的电流纹波时所存在的分析效率低的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的一种传统的两相交错并联boost变换器的电路图；

图2是根据现有技术的一种堆叠交错变换器的电路图；

图3是根据本发明实施例的一种基于变换器的建模方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种多相堆叠交错的变换器的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种三相堆叠交错的变换器的示意图；

图6是三相堆叠交错的变换器处于第一充放电状态时多个开关的示意图；

图7是三相堆叠交错的变换器处于第二充放电状态时多个开关的示意图；

图8是三相堆叠交错的变换器处于第三充放电状态时多个开关的示意图；

图9是三相堆叠交错的变换器处于第四充放电状态时多个开关的示意图；

图10是根据本发明实施例的构建第一目标数学模型的示意图；

图11是根据第一目标数学模型生成的第一变换器对应的波形图；

图12是根据本发明实施例的一种两相堆叠交错的变换器的示意图；

图13是两相堆叠交错的变换器对应的一种开关状态的示意图；

图14是两相堆叠交错的变换器对应的一种开关状态的示意图；

图15是两相堆叠交错的变换器对应的一种开关状态的示意图；

图16是根据本发明实施例的构建第二目标数学模型的示意图；

图17是根据第二目标数学模型生成的两相堆叠交错的变换器对应的波形图；

图18是根据本发明实施例的一种基于变换器的建模装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

首先，为方便理解本发明实施例，下面将对本发明中所涉及的部分术语或名词进行解释说明：

堆叠交错：是指各个支路通过不同桥臂并联在一起，并且从回路与电容相串联。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种基于变换器的建模方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

另外，还需要说明的是，电子设备可作为本发明实施例中的基于变换器的建模方法的执行主体。

图3是根据本发明实施例的一种基于变换器的建模方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S302，获取变换器中多个开关的开关状态。

在步骤S302中，变换器为多相堆叠交错的boost变换器，并且变换器中有多个桥臂，每个桥臂上设置有至少两个开关。具体的，变换器可以是两相堆叠交错的boost变换器、三相堆叠交错的boost变换器……n相堆叠交错的boost变换器。另外，电子设备可通过采集每个桥臂上的电流或者电压以获取多个开关的开关状态。

步骤S304，根据多个开关的开关状态确定变换器对应的多种充放电状态。

在步骤S304中，变换器上的每个桥臂都设置有至少两个开关，通过不断调整每开关的开关状态，变换器可进入多种充放电状态。例如，在三相堆叠交错的boost变换器中，有四种有效的开关状态，分别对应了四种充放电状态，在两相堆叠交错的boost变换器中，有三种有效的开关状态，分别对应了三种充放电状态。

步骤S306，根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式。

在步骤S306中，电子设备可根据变换器的每一种充放电状态对状态空间表达式的参数进行初次调整，得到对应的子状态空间表达式，然后电子设备根据变换器对应的所有子状态空间表达式，对状态空间表达式的参数再次进行调整，从而得到该变换器对应的目标状态空间表达式。例如，对于三相堆叠交错的boost变化器，电子设备可根据四种充放电状态确定四个子状态空间表达式，其中，每个充放电状态对应一个子状态空间表达式。在四个子空间表达式的基础上，电子设备可计算得到三相堆叠交错的boost变化器对应的目标状态空间表达式。

需要注意到的是，由于电子设备可基于多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，从而得到目标状态空间表达式，因此，在对相回路数量不同的多个变换器进行分析时，本申请无需对每个变换器构建对应的拓扑结构，只需要根据每个变换器对应的多种充放电状态确定对应的目标状态空间表达式，即可确定变换器的工作状态，从而提高了对变换器的分析效率。

步骤S308，基于目标状态空间表达式构建目标数学模型。

在步骤S308中，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。其中，在获取得到变换器对应的目标状态空间表达式之后，电子设备可通过MATLAB等建模应用程序构建目标数学模型。

由上述过程内容可知，本申请可在目标状态空间表达式的基础上构建目标数学模型，并通过目标数学模型对变换器的电流纹波进行分析，由于目标数学模型在分析电流纹波时减少了构建拓扑结构的过程，因此实现了更加简单高效的对变换器的电流纹波进行分析的效果，解决了现有技术中在分析变换器的电流纹波时所存在的分析效率低的问题。

基于上述步骤S302至步骤S308的内容可知。在本发明实施例中，采用基于变换器的充放电状态确定目标状态空间表达式，并构建目标数学模型的方式，通过获取变换器中多个开关的开关状态，并根据多个开关的开关状态确定变换器对应的多种充放电状态，从而根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，最终基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关，状态空间表达式用于表征变换器的工作状态，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。

由上述内容可知，由于本申请可基于多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，从而得到目标状态空间表达式，因此，在对相回路数量不同的多个变换器进行分析时，本申请无需对每个变换器构建对应的拓扑结构，只需要根据每个变换器对应的多种充放电状态确定对应的目标状态空间表达式，即可确定变换器的工作状态。另外，与现有技术通过构建拓扑结构分析电流纹波相比，本申请还可在目标状态空间表达式的基础上构建目标数学模型，并通过目标数学模型对变换器的电流纹波进行分析，由于目标数学模型在分析电流纹波时减少了构建拓扑结构的过程，因此实现了更加简单高效的对变换器的电流纹波进行分析的效果。

由此可见，通过本申请的技术方案，达到了通过构建模型对变换器的电流纹波进行分析的目的，从而实现了提高对变换器的电流纹波的分析效率的效果，进而解决了现有技术中在分析变换器的电流纹波时所存在的分析效率低的问题。

在一种可选的实施例中，电子设备在预设工作周期内，循环切换多个开关的开关状态，并根据多个开关的开关状态确定多种充放电状态，以使变换器处于多相堆叠交错状态，然后根据预设工作周期以及多种充放电状态的变化频率，确定变换器对应的占空比，并获取变换器的相回路数量以及变换器中目标电阻的电阻值，最后根据相回路数量、电阻值以及占空比调整状态空间表达式中的第一参数以及第二参数，得到目标状态空间表达式。其中，第一参数为变换器中的相回路电流以及电容电压的系数，第二参数为变换器中的电源电压的系数。在多相堆叠交错状态下，可消除由变换器中多个相回路上的电感交错充放电产生的电流纹波，占空比为变换器处于每种充放电状态的时长与预设工作周期的比值。

可选的，图4示出了一种多相堆叠交错的变换器的示意图，如图4所示，多相堆叠交错的变换器中包括n个桥臂，每个桥臂上至少安装有两个开关，通过不断调整每个开关的开关状态，变换器可进入多种开关状态。进一步地，在预设工作周期内，通过不断循环切换多个开关的开关状态，变换器可进入多相堆叠交错状态，在多相堆叠交错状态下可以实现消除由多个相回路上的电感交错充放电产生的电流纹波。

需要说明的是，图1示出了一种传统的两相交错并联boost变换器的电路图，如图1所示，由于传统的两相交错并联boost变换器中的两条支路上的电感交错充放电，因此如果想要实现输出电流纹波完全消除，只能在占空比为50％的情况下才能实现，在其他占空比下只能实现纹波的部分抵消，从而影响了变换器的效率。此外，图2示出了根据现有技术的一种堆叠交错变换器的电路图，如图2所示，图2中的堆叠交错变换器在传统两相交错并联boost变换器的一条回路上串联了一个电容，这样可以抵消占空比在0到100％内的电流纹波，但是这也使得流过主回路电感上的电流增大，与负载电流相等，同时造成了开关上的电流应力增大，使得变换器的效率大大降低。

而在本申请中，如图4所示，多相堆叠交错拓扑结构通过在回路上串联电容，可以实现在一定占空比范围内输出电流纹波的完全抵消，同时由于在多相堆叠交错的结构中多条主回路并联，因此对总输出电流起到了分流的作用，从而可以得到大电流的输出，并使得流过电感上的平均电流减小，进而也减小了流过开关的电流应力，提高了变换器整体的效率。此外，在多相堆叠交错的结构中，多条回路可以来回切换，从而提高了变换器的容错性，当其中任意一个桥臂出现故障时，其他桥臂仍可以继续工作，间接提高了变换器整体的效率。

需要说明的是，在本申请的图4-图9以及图12-图15中，R表示电阻(例如R_L、R_P、R_S)，L表示电感(例如L₁₁、L₁₂、L₂₁、L₂₂、L₃₁、L₃₂……L_n1、、L_n2、L_s、L_p)，S表示开关(例如S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂、S₃₁、S₃₂……S_n1、、S_n2)，D表示二极管(例如D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₂₁、D₂₂、D₂₃……D_1n、、D_2n、D_s、D_p)，C表示电容(例如C、C_s1、C_s2、C_s2……C_sn)，V表示电源(例如V_IN)，I表示电流(例如I₁₁、I₁₂、I₁₃、I₂₁、I₂₂、I₂₃……I_1n、、I_2n、I_s、I_p、I_C、I_O)。

进一步地，状态空间表达式为

其中，V_IN表征变换器中的电源电压，x表征变换器中的相回路电流以及电容电压，A为第一参数，B为第二参数，其中，在n相堆叠交错的变换器(即多相堆叠交错的变换器)的状态空间表达式中：

其中，n为变换器中的相回路数量，“A”矩阵内部的“n-2”表示“n-2”行或“n-2”列，“B”矩阵内部的“n”表示“n”行，“n-1”表示“n+1”行。F为变换器处于每种充放电状态的时长与预设工作周期的比值，即占空比，R为变换器中负载电阻的电阻值，例如图4中的R_L。在确定一个多相堆叠交错的变换器之后，电子设备可直接根据多相堆叠交错的变换器的相回路数量、电阻值以及占空比确定得到第一参数以及第二参数，进而得到变换器对应的目标状态空间表达式。

在一种可选的实施例中，变换器为三相堆叠交错的第一变换器，第一变换器至少包括：第一相回路、第二相回路、第三相回路、第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，其中，第一相回路至少包括：第一主电感和第一从电感，第二相回路至少包括：第二主电感和第二从电感，第三相回路至少包括：第三主电感和第三从电感，第一桥臂上至少设置有第一开关以及第二开关，第二桥臂上至少设置有第三开关以及第四开关，第三桥臂上至少设置有第五开关以及第六开关，其中，第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂在第一变换器中并联连接。

可选的，如图5所示，以第一变换器为三相堆叠交错的boost变换器为例，在图5中，第一从电感L₂₁、第二从电感L₂₂、第三从电感L₂₃分别安装在三条从回路上，第一主电感L₁₁、第二主电感L₁₂、第三主电感L₁₃分别安装在三条主回路上。其中，第一主电感L₁₁和第一从电感L₂₁为第一相回路，第二主电感L₁₂和第二从电感L₂₂为第二相回路、第三主电感L₁₃和第三从电感L₂₃为第三相回路。第一开关S₁₁、第二开关S₁₂安装在第一桥臂上，第三开关S₂₁、第四开关S₂₂安装在第二桥臂上，第五开关S₃₁、第六开关S₃₂安装在第三桥臂上。

需要说明的是，在主回路充电时，对应的从回路就要放电，同理，在主回路放电时，对应的从回路就要充电，只有这样才可以实现电流纹波的完全消除。另外，在本申请中，三相堆叠交错的boost变换器中有三条主回路并联，因此对总输出电流起到了分流的作用，从而使得流过电感上的平均电流减小，并且流过开关的电流应力也减小，进而提高了变换器整体的效率。

另外，如图5所示，在图5中的三相堆叠交错的boost变换器中，六个开关的顺序为

由上述对于主回路和从回路的充放电状态分析可知，由于开关共用并且一个桥臂上的开关不能同时关闭，因此三条主回路不能同时充电，在此基础上，三相堆叠交错的boost变换器对应有4种有效的开关状态。

具体的，三相堆叠交错的boost变换器对应的4种有效的开关状态为第一开关状态、第二开关状态、第三开关状态、第四开关状态，其中，在第一开关状态下，第一开关、第二开关以及第四开关闭合，并且第五开关、第六开关以及第三开关断开，此时，第一变换器的充放电状态为第一充放电状态，在第一充放电状态中，第一从电感、第二主电感以及第三主电感处于放电状态，第一主电感、第二从电感以及第三从电感处于充电状态。如图6所示，在六个开关的开关状态为

时，L₁₁充电，L₁₂、L₁₃放电；L₂₂、L₂₃充电，L₂₁放电。

在第二开关状态下，第三开关、第四开关以及第六开关闭合，并且第一开关、第二开关以及第五开关断开，此时第一变换器的充放电状态为第二充放电状态，在第二充放电状态中，第一主电感、第二从电感以及第三主电感处于放电状态，第一从电感、第二主电感以及第三从电感处于充电状态。如图7所示，在六个开关的开关状态为

时，L₁₂充电，L₁₁、L₁₃放电；L₂₁、L₂₃充电，L₂₂放电。

在第三开关状态下，第五开关、第六开关以及第二开关闭合，并且第三开关、第四开关以及第一开关断开，此时第一变换器的充放电状态为第三充放电状态，在第三充放电状态中，第一主电感、第二主电感以及第三从电感处于放电状态，第一从电感、第二从电感以及第三主电感处于充电状态。如图8所示，在六个开关状态为

时，L₁₃充电，L₁₁、L₁₂放电；L₂₁、L₂₂充电，L₂₃放电。

在第四开关状态下，第二开关、第四开关以及第六开关闭合，并且第一开关、第三开关以及第五开关断开，此时第一变换器的充放电状态为第四充放电状态，在第四充放电状态中，第一主电感、第二主电感以及第三主电感处于放电状态，第一从电感、第二从电感以及第三从电感处于充电状态。如图9所示，在六个开关状态为

时，L₁₁、L₁₂、L₁₃放电；L₂₁、L₂₂、L₂₃充电。

在一种可选的实施例中，电子设备可获取第一变换器的第一预设工作周期以及第一变换器中第一目标电阻的第一电阻值，然后基于第一预设工作周期以及第一变换器处于每种充放电状态的时长确定第一变换器的第一占空比，从而根据第一电阻值以及第一占空比确定每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数，进而基于每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数对状态空间表达式的参数进行调整，得到第一变换器对应的第一目标状态空间表达式。

可选的，第一预设工作周期可由操作人员自定义设置，同时，第一变换器处于每种充放电状态下的时长也是相同的。在此基础上，电子设备通过计算每种充放电状态的时长与第一预设工作周期的比值，即可得到第一占空比。

进一步地，如图5所示，R_L为第一目标电阻，在获取得到第一目标电阻的电阻值以及第一占空比(可用F表示)之后，电子设备可确定每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数。

具体的，在三相堆叠交错的boost变换器处于第一充放电状态时，第一充放电状态对应的第一子状态空间表达式为：

其中，

在三相堆叠交错的boost变换器处于第二充放电状态时，第二充放电状态对应的第二子状态空间表达式为：

其中，

在三相堆叠交错的boost变换器处于第三充放电状态时，第三充放电状态对应的第三子状态空间表达式为：

其中，

在三相堆叠交错的boost变换器处于第四充放电状态时，第四充放电状态对应的第四子状态空间表达式为：

其中，

需要注意到是，在获取得到上述四个子状态空间表达式之后，电子设备可基于四个子空间表达式中分别对应的第一参数以及第二参数确定三相堆叠交错的boost变换器对应的第一目标状态空间表达式。其中，第一目标状态空间表达式如下：

其中，

可选的，在得到每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数之后，电子设备可计算第一变换器对应的所有第一参数的参数值的平均值，得到第一目标状态空间表达式的第一参数，并根据每种充放电状态对应的第二参数的参数值，确定第一目标状态空间表达式的第二参数。

具体的，由上述内容可知，第一变换器具有4种充放电状态，并且每种充放电状态对应一个第一参数以及一个第二参数。并且4个第二参数的参数值相等。在此基础上，电子设备可将4个第一参数的参数值进行平均值计算，从而得到第一目标状态空间表达式的第一参数，并将每种充放电状态对应的第二参数的参数值作为第一目标状态空间表达式的第二参数的参数值。

在一种可选的实施例中，在获取得到第一目标状态空间表达式之后，电子设备还可根据第一目标状态空间表达式构建第一目标数学模型。如图10所示，在MATLAB中建模，设置第一占空比F为40，其中，第一预设工作周期为100，第一目标状态空间表达式为

输出电压的表达式为y＝^E x+H ^V _IN,其中，E与H可用于对多个变量进行选择。在第一目标状态空间表达式以及输出电压的表达式的基础上，可在仿真模块中生成第一目标数学模型。

可选的，操作人员可在仿真模块的参数界面中查看A_j的参数值，B_j的参数值，E的参数值以及H的参数值。

表征了选取X中10个变量中的最后一个变量，H为0，表征了将电源电压值忽略。

进一步地，图11示出了根据第一目标数学模型生成的第一变换器对应的波形图，通过波形图可直观的对第一变换器的电流纹波进行分析。

在一种可选的实施例中，在变换器中任意一条桥臂出现故障时，电子设备可获取剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态，并根据剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态，更新变换器对应的多种充放电状态，得到更新后的多种充放电状态，从而根据更新后的多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到更新后的目标状态空间表达式，进而基于更新后的目标状态空间表达式对目标数学模型进行更新，得到更新后的目标数学模型。

可选的，仍以三相堆叠交错的boost变换器为例，在三相堆叠交错的boost变换器中，如果三个桥臂中有一个桥臂出现故障时，三相堆叠交错就可改为两相堆叠交错来继续使用。其中，图12示出了两相堆叠交错的boost变换器的示意图，如图12所示：两相的堆叠交错的boost变换器开关顺序为

有效开关状态如下：

如图13所示，在开关状态为

时，L₁₁、L₂₂充电，L₁₂、L₂₁放电。对应的第五子空间状态表达式为：

如图14所示，在开关状态为

时，L₁₂、L₂₁充电，L₁₁、L₂₂放电。对应的第六子空间状态表达式为：

如图15所示，在开关状态为

时，L₂₁、L₂₂充电；L₁₁、L₁₂放电。对应的第七子空间状态表达式为：

综上，两相堆叠交错的boost变换器对应的第二目标状态空间表达式为：

在一种可选的实施例中，如图16所示，在MATLAB中建模，构建两相堆叠交错的boost变换器对应的第二目标数学模型。其中，在占空比F与预设工作周期不变的情况下，第二目标状态空间表达式为

输出电压的表达式仍然为y＝Ex+HV_IN,其中，E与H可用于对多个变量进行选择。在第二目标状态空间表达式以及输出电压的表达式的基础上，可在仿真模块中生成第二目标数学模型。

可选的，操作人员可在仿真模块的参数界面中查看A_k的参数值、B_k的参数值、E的参数值以及H的参数值。

进一步地，图17示出了根据第二目标数学模型生成的两相堆叠交错的变换器对应的波形图，通过波形图可直观的对两相堆叠交错的变换器的电流纹波进行分析。

由上述内容可知，本申请中的多相堆叠交错的变换器具有良好的容错性，当有一个桥臂出现故障时，其他桥臂仍然可以继续工作，大大提高了变换器工作的效率，同时，上述多相堆叠交错的拓扑结构电路也可以应用到buck电路、z-源变换电路中，提高变换的工作效率。

由上述内容可知，由于本申请可基于多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，从而得到目标状态空间表达式，因此，在对相回路数量不同的多个变换器进行分析时，本申请无需对每个变换器构建对应的拓扑结构，只需要根据每个变换器对应的多种充放电状态确定对应的目标状态空间表达式，即可确定变换器的工作状态。另外，与现有技术通过构建拓扑结构分析电流纹波相比，本申请还可在目标状态空间表达式的基础上构建目标数学模型，并通过目标数学模型对变换器的电流纹波进行分析，由于目标数学模型在分析电流纹波时减少了构建拓扑结构的过程，因此实现了更加简单高效的对变换器的电流纹波进行分析的效果。

由此可见，通过本申请的技术方案，达到了通过构建模型对变换器的电流纹波进行分析的目的，从而实现了提高对变换器的电流纹波的分析效率的效果，进而解决了现有技术中在分析变换器的电流纹波时所存在的分析效率低的问题。

实施例2

根据本发明实施例，还提供了一种基于变换器的建模装置实施例，图18是根据本发明实施例的一种基于变换器的建模装置的结构示意图，如图18所示，上述装置包括：获取模块2001、确定模块2002、调整模块2003以及构建模块2004，其中：

获取模块2001，用于获取变换器中多个开关的开关状态，其中，变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关；

确定模块2002，用于根据多个开关的开关状态确定变换器对应的多种充放电状态；

调整模块2003，用于根据多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，其中，状态空间表达式用于表征变换器的工作状态；

构建模块2004，用于基于目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，目标数学模型用于对变换器的电流纹波进行分析。

此处需要说明的是，上述获取模块2001、确定模块2002、调整模块2003以及构建模块2004对应于实施例1中的步骤S302至步骤S308，四个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。

可选的，上述调整模块还包括：切换模块、第一确定模块、第一获取模块以及第一调整模块。其中，切换模块，用于在预设工作周期内，循环切换多个开关的开关状态，并根据多个开关的开关状态确定多种充放电状态，以使变换器处于多相堆叠交错状态，其中，在多相堆叠交错状态下，消除由变换器中多个相回路上的电感交错充放电产生的电流纹波；第一确定模块，用于根据预设工作周期以及多种充放电状态的变化频率，确定变换器对应的占空比，其中，占空比为变换器处于每种充放电状态的时长与预设工作周期的比值；第一获取模块，用于获取变换器的相回路数量以及变换器中目标电阻的电阻值；第一调整模块，用于根据相回路数量、电阻值以及占空比调整状态空间表达式中的第一参数以及第二参数，得到目标状态空间表达式，其中，第一参数为变换器中的相回路电流以及电容电压的系数，第二参数为变换器中的电源电压的系数。

可选的，上述变换器可以为三相堆叠交错的第一变换器，第一变换器至少包括：第一相回路、第二相回路、第三相回路、第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，其中，第一相回路至少包括：第一主电感和第一从电感，第二相回路至少包括：第二主电感和第二从电感，第三相回路至少包括：第三主电感和第三从电感，第一桥臂上至少设置有第一开关以及第二开关，第二桥臂上至少设置有第三开关以及第四开关，第三桥臂上至少设置有第五开关以及第六开关，其中，第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂在第一变换器中并联连接。

可选的，上述确定模块还包括：第二确定模块、第三确定模块、第四确定模块以及第五确定模块。其中，第二确定模块，用于在第一开关、第二开关以及第四开关闭合，并且第五开关、第六开关以及第三开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第一充放电状态，其中，在第一充放电状态中，第一从电感、第二主电感以及第三主电感处于放电状态，第一主电感、第二从电感以及第三从电感处于充电状态；第三确定模块，用于在第三开关、第四开关以及第六开关闭合，并且第一开关、第二开关以及第五开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第二充放电状态，其中，在第二充放电状态中，第一主电感、第二从电感以及第三主电感处于放电状态，第一从电感、第二主电感以及第三从电感处于充电状态；第四确定模块，用于在第五开关、第六开关以及第二开关闭合，并且第三开关、第四开关以及第一开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第三充放电状态，其中，在第三充放电状态中，第一主电感、第二主电感以及第三从电感处于放电状态，第一从电感、第二从电感以及第三主电感处于充电状态；第五确定模块，用于在第二开关、第四开关以及第六开关闭合，并且第一开关、第三开关以及第五开关断开时，确定第一变换器的充放电状态为第四充放电状态，其中，在第四充放电状态中，第一主电感、第二主电感以及第三主电感处于放电状态，第一从电感、第二从电感以及第三从电感处于充电状态。

可选的，上述调整模块还包括：第二获取模块、第六确定模块、第七确定模块以及第二调整模块。其中，第二获取模块，用于获取第一变换器的第一预设工作周期以及第一变换器中第一目标电阻的第一电阻值；第六确定模块，用于基于第一预设工作周期以及第一变换器处于每种充放电状态的时长确定第一变换器的第一占空比；第七确定模块，用于根据第一电阻值以及第一占空比确定每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数；第二调整模块，用于基于每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数对状态空间表达式的参数进行调整，得到第一变换器对应的第一目标状态空间表达式。

可选的，上述第二调整模块还包括：计算模块以及第八确定模块。其中，计算模块，用于计算第一变换器对应的所有第一参数的参数值的平均值，得到第一目标状态空间表达式的第一参数；第八确定模块，用于根据每种充放电状态对应的第二参数的参数值，确定第一目标状态空间表达式的第二参数。

可选的，基于变换器的建模装置还包括：第三获取模块、第一更新模块、第三调整模块以及第二更新模块。其中，第三获取模块，用于在变换器中任意一条桥臂出现故障时，获取剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态；第一更新模块，用于根据剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态，更新变换器对应的多种充放电状态，得到更新后的多种充放电状态；第三调整模块，用于根据更新后的多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到更新后的目标状态空间表达式；第二更新模块，用于基于更新后的目标状态空间表达式对目标数学模型进行更新，得到更新后的目标数学模型。

实施例3

根据本发明的实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述实施例1中的基于变换器的建模方法。

实施例4

根据本发明的实施例，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述实施例1中的基于变换器的建模方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于变换器的建模方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述变换器中多个开关的开关状态，其中，所述变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关；

根据所述多个开关的开关状态确定所述变换器对应的多种充放电状态；

根据所述多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，其中，所述状态空间表达式用于表征所述变换器的工作状态；

基于所述目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，所述目标数学模型用于对所述变换器的电流纹波进行分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，包括：

在预设工作周期内，循环切换所述多个开关的开关状态，并根据所述多个开关的开关状态确定所述多种充放电状态，以使所述变换器处于多相堆叠交错状态，其中，在所述多相堆叠交错状态下，消除由所述变换器中多个相回路上的电感交错充放电产生的电流纹波；

根据所述预设工作周期以及所述多种充放电状态的变化频率，确定所述变换器对应的占空比，其中，所述占空比为所述变换器处于每种充放电状态的时长与所述预设工作周期的比值；

获取所述变换器的相回路数量以及所述变换器中目标电阻的电阻值；

根据所述相回路数量、所述电阻值以及所述占空比调整所述状态空间表达式中的第一参数以及第二参数，得到目标状态空间表达式，其中，所述第一参数为所述变换器中的相回路电流以及电容电压的系数，所述第二参数为所述变换器中的电源电压的系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换器为三相堆叠交错的第一变换器，所述第一变换器至少包括：第一相回路、第二相回路、第三相回路、第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，其中，所述第一相回路至少包括：第一主电感和第一从电感，所述第二相回路至少包括：第二主电感和第二从电感，所述第三相回路至少包括：第三主电感和第三从电感，所述第一桥臂上至少设置有第一开关以及第二开关，所述第二桥臂上至少设置有第三开关以及第四开关，所述第三桥臂上至少设置有第五开关以及第六开关，其中，所述第一桥臂、所述第二桥臂以及所述第三桥臂在所述第一变换器中并联连接。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述多个开关的开关状态确定所述变换器对应的多种充放电状态，包括：

在所述第一开关、所述第二开关以及所述第四开关闭合，并且所述第五开关、所述第六开关以及所述第三开关断开时，确定所述第一变换器的充放电状态为第一充放电状态，其中，在所述第一充放电状态中，所述第一从电感、所述第二主电感以及所述第三主电感处于放电状态，所述第一主电感、所述第二从电感以及所述第三从电感处于充电状态；

在所述第三开关、所述第四开关以及所述第六开关闭合，并且所述第一开关、所述第二开关以及所述第五开关断开时，确定所述第一变换器的充放电状态为第二充放电状态，其中，在所述第二充放电状态中，所述第一主电感、所述第二从电感以及所述第三主电感处于所述放电状态，所述第一从电感、所述第二主电感以及所述第三从电感处于所述充电状态；

在所述第五开关、所述第六开关以及所述第二开关闭合，并且所述第三开关、所述第四开关以及所述第一开关断开时，确定所述第一变换器的充放电状态为第三充放电状态，其中，在所述第三充放电状态中，所述第一主电感、所述第二主电感以及所述第三从电感处于所述放电状态，所述第一从电感、所述第二从电感以及所述第三主电感处于所述充电状态；

在所述第二开关、所述第四开关以及所述第六开关闭合，并且所述第一开关、所述第三开关以及所述第五开关断开时，确定所述第一变换器的充放电状态为第四充放电状态，其中，在所述第四充放电状态中，所述第一主电感、所述第二主电感以及所述第三主电感处于所述放电状态，所述第一从电感、所述第二从电感以及所述第三从电感处于所述充电状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，包括：

获取所述第一变换器的第一预设工作周期以及所述第一变换器中第一目标电阻的第一电阻值；

基于所述第一预设工作周期以及所述第一变换器处于每种充放电状态的时长确定所述第一变换器的第一占空比；

根据所述第一电阻值以及所述第一占空比确定所述每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数；

基于所述每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数对所述状态空间表达式的参数进行调整，得到所述第一变换器对应的第一目标状态空间表达式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述每种充放电状态对应的第一参数以及第二参数对所述状态空间表达式的参数进行调整，得到所述第一变换器对应的第一目标状态空间表达式，包括：

计算所述第一变换器对应的所有第一参数的参数值的平均值，得到所述第一目标状态空间表达式的第一参数；

根据所述每种充放电状态对应的第二参数的参数值，确定所述第一目标状态空间表达式的第二参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述变换器中任意一条桥臂出现故障时，获取剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态；

根据所述剩余桥臂上设置的多个开关的闭合状态，更新所述变换器对应的多种充放电状态，得到更新后的多种充放电状态；

根据所述更新后的多种充放电状态对所述状态空间表达式的参数进行调整，得到更新后的目标状态空间表达式；

基于所述更新后的目标状态空间表达式对所述目标数学模型进行更新，得到更新后的目标数学模型。

8.一种基于变换器的建模装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取所述变换器中多个开关的开关状态，其中，所述变换器中的每个桥臂上设置有至少两个开关；

确定模块，用于根据所述多个开关的开关状态确定所述变换器对应的多种充放电状态；

调整模块，用于根据所述多种充放电状态对状态空间表达式的参数进行调整，得到目标状态空间表达式，其中，所述状态空间表达式用于表征所述变换器的工作状态；

构建模块，用于基于所述目标状态空间表达式构建目标数学模型，其中，所述目标数学模型用于对所述变换器的电流纹波进行分析。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述的基于变换器的建模方法。

10.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7中任意一项所述的基于变换器的建模方法。

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