变频+移相控制的双有源串联谐振DC-DC变换器的小信号建模

变频+移相双自由度控制技术能够实现双有源串联谐振DC-DC变换器在宽范围工况下的零电压开通,从而有效提升变换器的工作效率和可靠性。提出了变频+移相控制下双有源串联谐振DC-DC变换器的小信号连续域模型,为研究在该控制机制下变换器的动态特性和闭环控制器的设计提供依据。所建立的模型基于广义平均建模法,选取输出电压的直流分量和电感电流、谐振电容电压的基波分量作为状态变量,准确描述了谐振腔对变换器动态特性的影响。在此基础上设计了输出电压闭环调节器,实现了变换器在ZVS变频+移相控制下的稳定运行。理论分析通过Matlab/PLECS仿真和1台800 W原理样机进行了验证。     

基于DSP控制的新型全桥ZVS PWM DC-DC变换器

针对传统全桥ZVS PWM DC-DC变换器零电压开关范围窄、占空比丢失严重,转换效率较低等缺点,提出了一种新型的全桥ZVS PWM DC-DC变换器.在一次侧串入耦合电感和隔直电容,使变换器实现了较宽的输入电压和较大的带负载能力.分析了这种变换器的工作原理、零电压开关的实现,推导了耦合电感的选择依据.并且采用TMS320F240 DSP作为控制芯片,设计了变换器数字控制系统.通过一台功率为48 W,工作频率为100 kHz的样机验证了这种基于数字控制的新型PWM DC-DC变换器相关理论的正确性.     

一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益光伏微逆变器拓扑

传统的双级式微逆变器通常由一级具有最大功率点跟踪功能的高增益DC-DC变换器和一级全桥逆变器串级组成。单级式微逆变器可以在一级功率拓扑中实现上述功能,因而具有结构简单、器件少的优势。然而,单级式拓扑在高增益升压、功率解耦方面给设计工作带来了挑战。提出一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益微逆变器拓扑,引入耦合电感和充电泵实现高电压增益;利用Boost变换器与全桥逆变器共用开关管实现单级式拓扑;同时保留了高压直流母线,从而可以减小解耦电容容值。仿真和实验结果验证了该拓扑具有较高的电压增益、较小的解耦电容、高质量的正弦输出、以及较高的变换效率。     

热平衡移相控制策略在双有源桥DC-DC变换器的应用研究

随着飞机电气系统向多电化和全电化发展,机载储能装置的使用对双有源桥(dual-activebridge,DAB) DC-DC变换器性能要求不断提高。DAB变换器中功率开关器件的热损耗影响着器件的使用寿命,因此也影响了变换器可靠性,所以对功率开关器件进行热平衡控制是一项很重要的指标。先通过对扩展移相控制策略下的航空DAB DC-DC变换器的工作模态和开关热不平衡现象进行分析和实验验证,找到轻载条件下难以实现软开关的原因,以及一次侧超前桥臂与滞后桥臂软开关条件的差异,从而提出一种在原有控制基础上的新型热平衡移相控制策略。通过时基交替控制模式和温度反馈控制模式2种方式进行控制效果实验,最终通过观测变换器热成像温度分布图、整机效率计算以及开关波形分析,验证了提出的算法实现功率器件热平衡控制方法的有效性,该方法可以提高变换器效率,减小器件应力,从而提高了DAB变换器的可靠性,提升器件寿命。     

Power Control Based on State Space Strategies for Grid-Oriented Inverters with LCL Filters

面向LCL型并网变换器的状态空间功率控制策略研究

陆春宇,花为,胡铭觐

（东南大学 电气工程学院,南京 211189）

摘要：

针对带LCL滤波器的网侧变换器三阶数学模型,分析了其复杂动态特性及可能影响系统稳定性的谐振问题。为实现LCL型系统的有源阻尼谐振抑制及提升电流调节性能,提出一种考虑参数整定的状态空间电流调节策略,相关参数基于模型等效方法计算获得。相比于传统有源阻尼方法,本文将扩展状态观测器与电流控制策略相结合,有效避免了额外传感器的使用,同时结合滤波策略的同步锁相环能够有效抑制电网电压。最终,基于上述策略构建的双闭环功率调节器能够有效提升功率控制的动态性能及稳态精度。仿真结果验证了调节策略的有效性。

关键词：LCL型并网变换器,状态空间电流控制,同步锁相环,闭环功率控制

     

基于L-LLC谐振双向变换器的储能装置接口电路及控制策略研究

针对微网柔性并网系统中储能装置接口电路运行效率低、动态性能差的问题,提出一种基于PI或PID与最优轨迹混合控制的L-LLC谐振双向全桥变换器(L-LLC resonant bidirectional DC-DC converter,L-LLC BDC),实现了输入侧开关管的零电压开通和输出侧整流管的零电流关断,显著提高了变换器的动态性能,相对于最优轨迹控制,大量减小了运算的复杂度,提高了开关管的开关频率。采用状态平面法从理论层面对L-LLC-BDC的运行状态及特性进行了详细描述,在此基础上设计了储能装置接口电路控制系统。仿真结果表明,基于PI或PID与最优轨迹混合控制的L-LLC-BDC储能装置接口电路理论分析的正确性和动态性能的优越性,保证了微网柔性并网系统的运行性能。     

基于半桥LLC谐振变换器的电动客车充电设备的研究

电动客车充电设备的开关电源通常采用谐振变换器作为DC-DC隔离型拓扑结构,传统的LC串联、LC并联或LCC串并联谐振变换器在输入电压波动较大情况下存在较大关断电流,因此,基于半桥LLC谐振变换器的电动客车充电设备,采用基波近似法分析品质因数、电感比等参数对变换器直流增益的影响,研制了充电设备样机,对电动客车蓄电池进行了多阶段充电策略的状态控制测试,结果表明基于半桥LLC谐振变换器的电动客车充电设备具有优异的软开关性能,有效地提升了设备直流输出电压的质量。     

双Buck-Boost集成DAB型三端口直流变换器电流应力优化

针对双Buck-Boost集成双有源桥型三端口直流变换器高频链的电流应力优化问题,提出相应的控制方法. 为了实现对各个端口电压与功率的调节,高频变压器原边采用占空比控制,原、副边之间采用移相控制. 副边2个桥臂之间的内移相角可以作为第3个控制量,以实现优化控制目标;提出在传统控制方法的基础上引入副边桥臂间的内移相控制,实现优化高频链电流应力的效果. 建立三端口直流变换器高频链各模式下电流应力优化问题的数学模型,给出电流应力优化的实现条件. 搭建500 W的实验样机,对所提的电流应力优化控制方法进行实验验证. 结果表明,利用该方法可以有效地降低高频链的电流应力,提升系统效率,负载端口轻载时的效果更加明显.     

宽范围输入输出电压LCC谐振变换器的分析设计

文章对电流连续工作模式（CCM）下LCC谐振变换器的工作模态进行了分析,在此基础上采用基波近似法对LCC谐振拓扑进行了简化,推导出LCC谐振变换器的基波纯阻性和基波容性等效电路,建立了与开关频率、负载及变换器增益有关的数学模型.结合模型,提出了宽范围输入输出电压LCC谐振拓扑的设计方法,基于此方法结合一套电源设计指标设计了一组谐振参数.通过仿真验证了所设计的LCC谐振变换器在宽范围输入输出电压条件下可实现全负载范围的软开关,满足设计指标,证明了模型和设计方法具有较高精准度和良好应用价值.     

移相全桥磁耦合谐振无线直流变换器的设计

针对传统电能传输方式中存在的电线摩擦、老化、电能传输过程中容易产生火花等缺点,设计了一种移相全桥磁耦合谐振无线直流变换器。即采用磁耦合谐振式无线变压器以实现输入输出的物理隔离,结合移相双闭环控制实现软开关及提高响应速度。并通过Matlab/Simulink和TMS320F28335对设计的变换器进行了仿真和实现。仿真实验结果表明,所设计的移相全桥磁耦合谐振无线直流变换器的响应速度较快、损耗较小,且通过无线变压器进行电能传输提高了设备的安全性能。     

变压器串并联LLC+Buck级联DC-DC变换器的均流特性

研究适用于高压/宽电压范围输入、低压/大电流输出应用场合的高功率密度/大功率级联DC-DC变换器拓扑,采用两级结构.前级为定频/开环工作的变压器串-并联结构的LLC谐振变换器,后级为闭环工作的交错并联Buck电路.分析在前级LLC变压器励磁电感与匝比以及后级Buck占空比等参数不一致的情况下,级联DC-DC变换器工作在3种不同的工作模式,研究该变换器在不同工作模式下均能取得较好的均流特性.通过电路仿真与1 kW全砖实验样机,验证了该级联变换器拓扑结构具有良好的自动均流特性,适合应用于高功率密度/大功率DC-DC电能变换场合.     

改进型三绕组谐振升压变换器

文中提出了一种改进型三绕组谐振升压变换器,一次侧采用有源钳位技术,抑制电压尖峰、实现主/辅开关管的ZVS及变压器的磁芯复位、提高变压器利用率.二次侧采用谐振软开关技术,实现二极管D 1和D 2的ZCS、消除反向恢复问题、降低开关损耗.高频变压器采用三绕组结构,正/反激模式交替导通,降低副边绕组电压应力,提高变换器整体效率.文中对该变换器的工作模态进行详细分析,给出主功率电路参数设计方法,最后搭建了400 W的仿真和实验平台,实验结果验证文中理论分析与设计的可行性.     

定频滑模控制Buck变换器设计

针对滞环调制的滑模控制开关变换器的开关频率随输入电压或负载变化而变化的问题,介绍了一种可以将切换函数直接转换成固定频率的开关控制信号的定频调制方法。详细分析了该调制方法的工作原理,给出了一种模数混合电路实现方案,研究了其在滑模控制Buck变换器中的应用。通过计算机仿真研究了该定频调制技术的可行性和有效性,仿真结果表明该调制技术保持了滞环调制具有快速瞬态调节能力,同时具有恒定开关频率、利于滑模控制器的集成和数字实现的优点。     

Mode switching control strategy of dual motors coupled driving on electric vehicles

Based on analyzing the structure and working principle on electric vehicles(EVs)with dual motors coupled by planetary gears,the control strategy of mode switching was proposed.The power interruption problem on EVs with automatic mechanical transmission(AMT)shifting was resolved.Based on the speed-torque characteristics of the planetary gears and the principle of the auxiliary motor’s zero speed braking,control features of mode switching were introduced.The mode shifting between the main motor mode and dual motors coupled driving were studied.Matlab/Simulink was adopted as a platform to develop the simulation model of EVs with dual motors drive system and 3 gears AMT.Simulation results demonstrated that the power interruption of dual motors drive system was solved during mode switching.The power requirements of EVs were satisfied,too.     

基于Boost ZVT-PWM变换器的单相功率因数校正

针对传统单相Boost功率因数校正变换器开关管工作在硬开关状态时存在较大开关损耗的缺点,设计了一款平均电流控制型单相Boost ZVT-PWM变换器.在剖析了该变换器工作原理的基础上,对其主电路中谐振网络及控制电路的关键参数进行了分析与设计,并利用Saber软件对该电路系统的性能进行了仿真验证.结果表明,文中所提Boost ZVT-PWM变换器可有效地提高电路系统的功率因数、降低开关损耗,同时可较好地解决功率开关管中电流和电压的交叠问题.     

Simulation of multiphase boost DC-DC converter with the stable control strategy

The multiphase boost DC-DC converter with stable control strategy is presented. Multi- phase boost DC-DC converter is designed for high voltage and high power applications, and could be achieved by the adjustment of voltage doubler rectifiers on the secondary side of high frequency transformers. The stable control strategy for three phase boost DC-DC converter has been utilized during simulation in this study and this strategy can be extend to N-number of phases. The stable control strategy consists of only three voltage loops, which are sufficient for appropriate and efficient operation of three phase boost DC-DC converter. With the stable control strategy, the equal power balance sharing can be obtained between input and output. The stability of control strategy has been evaluated by simulating the multiphase boost DC-DC converter for the same and mismatch turn ratios of high frequency transformers. The simulation result is good and the objective of the strategy is a- chieved.     

基于非奇异终端滑模技术的DC-DC Buck 变换器研究

针对DC-DC Buck变换器所需的稳定性及快速性,设计出一种恒频非奇异终端滑模控制器。对比平均电流技术,该控制器能避免设计系统补偿器,并能解决传统滑模技术控制中存在工作频率不固定、响应速度较慢的难题。通过设定S函数作为切换面,以双曲正切函数作为控制律进行仿真及实验验证,结果表明,在输入电压和负载电流发生变化时,运用非奇异终端滑模技术对DC-DC Buck变换器控制的输出电压超调量远小于运用平均电流技术的,且响应速度大大提高。     

半桥LLC谐振倍压变换器的混合式控制策略

为了提升LLC谐振倍压变换器在全负载范围内的效率,提出了一种采用频率调制(FM)模式和burst模式的混合式控制策略。变换器满载工作时采用FM控制以获得较高的效率,当负载较轻时采用burst模式以减小轻载条件下的损耗。分析了混合式控制策略的工作模式和实现方法,采用谐振电流参与控制的方法实现了burst期间内开关管的零电压开关,通过减小burst模式的周期降低了输出纹波的幅度。实验结果证明了所提混合式控制策略的可行性,变换器在各工作状态下均能达到较高的效率。     

低功耗无损电流检测技术的分析与设计

通过分析DC-DC电流模开关电源的结构,提出了一种新颖的低功耗无损电流检测技术,降低了开关电源的静态功耗。该技术实现了"虚拟"的无损电流检测电阻和一个低功耗高灵敏度的电流检测放大器。通过降低电流检测电路的功耗,优化了电流模开关电源控制环路的功耗,从而实现了静态功耗的最小化。基于无损电流检测技术设计,开关电源的静态功耗为61.22 mW,为典型情况的57.5%。