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模型是研究电力电子变换器的系统特性及控制策略的基础,也是参数设计的主要方法。然而,由于电力电子变换器是一个包含连续状态变量和离散开关变量的切换系统,主要采用状态空间平均法和离散映射模型方法。状态空间平均法降低了变换器的阶数,但所得的模型是一个近似模型;离散映射模型方法提高了模型的精确性,但对于多模态运行的变换器,建模过程非常复杂。因此,变换器建模方法是电力电子技术一个长期研究的方向,有赖于新的数学建模方法的提出。根据电力电子变换器的工作特点,开展对电力电子变换器模型的探讨和研究,具有重要的理论价值和实际意义。本文开展了以下创新性的研究:(1)提出了DC-DC变换器双状态切换模型的建模方法。基于混合逻辑动态建模的原理,给出逻辑命题与混合逻辑不等式之间等效转换的关系,由此根据电力电子变换器工作模态周期切换循环工作的特点,将DC-DC变换器在不同工作模态下的约束条件转换成混合逻辑整数不等式,从而将任意具有2个、3个及多个工作模态的DC-DC变换器,统一建成只有前后两个工作模态的双状态切换模型,该建模方法过程无简化假设、形式统一,物理意义明确,适合于DC-DC变换器的大信号和小信号分析,具有一般性意义。(2)建立了具有2个、3个工作模态的基本DC-DC变换器的双状态切换模型。基于双状态切换模型的建模方法,将Buck和Boost变换器CCM和DCM模式下约束条件转换成混合逻辑整数不等式,分别建立了它们工作在CCM和DCM下的双状态切换模型。分析表明,基本DC-DC变换器的CCM和DCM双状态切换模型,具有建模过程相同、能准确描述工作模态切换变化的特点;在不同负载情况下对Buck和Boost变换器仿真和实验证明了模型的正确性,比常用的Simulink模型、状态空间平均模型、改进的平均模型以及开关平均模型精度更高。(3)建立了具有多个工作模态的DC-DC变换器的双状态切换模型。一是根据ZVRT Buck变换器的工作规律,给出对应ZVRT Buck变换器的约束条件的混合逻辑不等式,建立了它的双状态切换模型。对模型的仿真与实验对比分析表明,ZVRT Buck变换器的双状态切换模型,能够准确反映变换器开关管的零电压导通过程,动态过程与实验基本一致,表明双状态建模方法可用于软开关DC-DC变换器的建模。二是建立的三电平Buck变换器的双状态切换模型,模型的仿真与实验对比分析表明,三电平Buck变换器的双状态切换模型,能够准确反映变换器多电平工作特性,动态过程与实验基本一致,表明双状态建模方法可用于多电平DC-DC变换器的建模。本文的研究证明,提出的DC-DC变换器双状态切换模型,是一种基于新的数学方法的电力电子变换器的建模方法,实现了建模方法统一,可以准确描述DC-DC变换器的静动态特性和工作特性,可以进一步推广应用到其他类型电力电子变换器的建模分析中。