电力电子变换器潜电路中的无效路径剔除方法

3.2 依据拓扑约束关系
基尔霍夫定律反映了电路的基本拓扑约束关系：
（1）根据基尔霍夫电压定律KVL(Kirchhlff′s Voltage Law)，单一元件不能形成电流路径，因此全路径中应剔除只含一个电路元件的路径；单一的电压源、电阻、电感和电容元件若与处于导通状态的开关器件串联，则此路径应判定为无效路径。
（2）根据基尔霍夫电流定律KCL(Kirchhlff′s Current Law)，电路中存在电流源时，电路中的电流方向应与电流源的电流方向一致；否则应视为无效路径。
3.3 依据元件约束关系
在不含储能元件的电阻性电路中，根据元件约束关系（即欧姆定律），电流只能从电源正极流向负极；否则应视为无效路径。
3.4 依据开关组合中各开关元件的匹配情况
为实现某种电路功能，对一组开关中的各开关状态有要求，相互匹配不能有冲突。比如在各种谐振开关变换器中，要求每组全控元件中的两元件轮流导通，点空比为50%，即不能同时导通。
4 电路举例
对于如图3所示的基本降压式谐振开关电容变换器，根据参考文献[6]所述的基于深度优先搜索算法得到的全部电流路径如表1所示。

现依据上述的无效路径剔除方法，其无效路径剔除过程如下：
（1）由于全控器件与其本身的寄生二极管或直接并联的二极管不能同时导通，即S1与Ds1、S1与Ds2不能同时导通；并且谐振电路要求2个开关元件轮流导通，即S1与S2不能同时导通，则可判定0→1→2→4(S1与S2同时导通)；3→2→1→0→4(Ds1与Ds2同时导通)为无效路径。

（2）根据KVL，单一的电阻元件不能被开关器件短路，则2→4→3为无效路径。
全部电流路径经过以上无效路径剔除过程后，得到的是实际存在的所有电流路径，即实际电流路径。又由已知的基本降压式谐振开关电容变换器的功能，得到其预期电流路径为：0→1→3→2→4；1→2→4→3；2→4，从实际电流路径中除去预期电流路径，即得潜电流路径，如表1所示。分析结果与参考文献[7]和参考文献[8]分析结果一致。
本文归纳完善了适用于电力电子变换器的潜电路分析方法，并提出了具有普遍适用性的无效路径剔除的新方法，如形成开关器件的分解模型、基本电路原理对实际电路各元件的约束如何体现、各开关器件的相互匹配等。目的在于尽可能搜索出所有无效路径，从而减少后期的工作量，使潜在电路的判定更准确。最后以基本降压式谐振开关电容变换器为例进行潜电路分析，结果验证了本文所述的无效路径剔除方法的可行性和正确性。
参考文献
[1] RANKIN J P．Sneak circuit analysis[J]．Nuclear Safety,1973，14(5)：461-468．
[2] 任立明．潜在电路分析技术与应用[M]．北京：国防工业出版社，2011．
[3] 张志学，马皓，毛兴云．基于混杂系统模型和事件辨识的电力电子电路故障诊断[J]．中国电机工程学报，2005，25(3)：49-53．
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[5] 刘丙杰，贾兴亮，赵永刚．潜在通路存在的判定方法研究[J]．航天控制，2009，27(2)：88－90．
[6] 梅义，丘东元.基于深度优先搜索的潜在电路计算机辅助分析法[J]．中国机电工程学报，2008，25(24)：75-81．
[7] 屈莉莉，李炳银，王方连．基于邻接矩阵的电力电子变换器潜电路分析方法[J]．佛山科学技术学院学报（自然科学版），2011，29(4)：16-19．
[8] 丘东元，张波．谐振开关电容变换器中潜电路现象的研究[J]．中国电机工程学报，2005，25(21)：35-37.