宽输出电压下DAB电感电流有效值最小控制

伴随着传统能源的枯竭,新能源电动汽车不断发展,其中双有源桥(DAB)电路作为电动汽车的动力结构部分起着重要作用。为提升DAB变换器效率,在此分析电感电流和输出功率的关系。以电感电流有效值最小进行优化,推导全功率范围所有开关管实现零电压开通(ZVS)的条件,并进行算法的拟合。搭建了1 kW的原理样机,并验证上述优化的可行性和正确性,实现开关管的软开关,提升变换器的工作效率。     

双有源桥变换器电流应力优化

由于传统单移相（SPS）控制下双有源桥（DAB）DC/DC变换器仅有一个自由度,在输入、输出电压不匹配时,存在较大电感电流应力。在双重移相（DPS）控制策略的基础上,分析了两种工作模式下传输功率与电流应力的特性。提出了自适应步长法以优化电感电流应力,以减少传统优化策略所需的离线计算量。最后通过搭建实验样机验证了控制策略的有效性。     

基于傅里叶级数建模的双有源桥DC-DC变换器电流有效值分析

采用傅里叶级数求和的方法建立双有源桥DC-DC变换器在移相控制下统一的数学模型,针对双有源桥DC-DC变换器直流侧电压不匹配时在传统单移相控制方式下电感电流有效值过大的问题,提出了优化电感电流有效值的双重移相控制方式。对工作在升压、降压、电压平衡状态下的双有源桥DC-DC变换器在传统单移相、双重移相控制方式下电感电流有效值随传输有功功率变化的情况进行对比分析。在此基础上根据变换器工作在升压、降压状态,提出对应的双重移相控制方式,以达到优化电感电流有效值的目的,使工作在该状态下的变换器具有更小的通态损耗,提高了变换器的效率。实验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

具有极低输入电流纹波的电流源型双有源桥DC-DC变换器

针对新能源发电如光伏或者燃料电池的功率调节器电流输入纹波问题,本文提出了一种新颖的电流源型混合DAB拓扑。在稳态运行过程中输入侧开关管占空比始终为50%,在交错的作用下输入电流纹波极小。采用所提出的占空比补偿策略,可以进一步增加开关管的软开关范围。同时电压反馈采用陷波滤波器,减少了单相逆变器负载时的低频输入电流纹波。文中给出了拓扑模态分析、工作原理、ZVS条件和参数设计的原则。采用所提出的控制策略,所有功率器件都可以实现零电压(ZVS)开通,可以增加软开关的范围,同时实现高效率的功率变换。仿真结果和样机实验验证了所提出的变换器和控制策略的有效性。     

双有源桥DC/DC变换器的最小电流应力优化

传统单移相(SPS)控制下的双有源桥(DAB)DC/DC变换器在输入输出电压不匹配时运行状态较差,存在较大的电流应力。此处提出了一种扩展移相(EPS)的控制方法,采用优化调制策略,在一定传输功率下寻求最优的移相比组合使得电流应力达到最小,随着电压转换比的增大,此种优化调制策略效果更佳明显。实验结果验证了优化策略的有效性。     

基于输入电压前馈的双向有源桥DC-DC变换器虚拟功率控制方法

针对电力电子变压器前级单相脉冲整流器直流侧电压含有二倍电网频率脉动的现象,该文以电力电子变压器中的双向有源桥式DC-DC变换器为研究对象,研究在输入电压脉动情况下变换器输入与输出之间的关系。首先通过变换器的小信号模型,分别针对输出电压开环和闭环控制情况,揭示输入电压脉动情况下输入与输出电压之间的定量关系。为了抑制输出电压脉动,提出一种基于的输入电压前馈的虚拟功率控制方法,并且选取虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制与之对比。在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对理论分析和抑制算法进行实验验证。实验结果表明:在输入电压脉动情况下,输入与输出电压之间的定量关系描述正确,并且传统电压闭环对输出脉动的影响很小,与虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制相比,所提出的输入电压前馈的虚拟功率控制方法能更加有效地抑制输出电压脉动,并且在输入电压突变和负载突变时也具有最优的动态性能。     

一种输入串联输出并联双有源桥变换器输入电压自平衡结构

输入串联输出并联(input series output parallel, ISOP)双有源桥(dual active bridge, DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing, IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地,无源调控方法的控制系统简单,因而具有明显的优势。基于无源均压思想,提出一种适用于共占空比控制的基于耦合电容的ISOP-DAB变换器的输入电压自平衡拓扑结构,通过耦合电容使得子模块的高频链环节产生电气耦合,从而实现子模块输入电压的均衡。进一步,给出含有耦合电容的ISOP-DAB变换器的简化等效电路,并进行理论分析与推导,得到子模块输入母线电压偏差及耦合电容电流与变换器硬件参数的关系。理论计算表明该拓扑在子模块参数存在较大的偏差时仍然具有较好的IVS能力。最后,仿真和实验结果验证该拓扑的可行性和有效性。     

双有源桥变换器低平均电流的调制研究

为减小双有源桥变换器的IGBT开关通态损耗,该文提出一种降低电感平均电流的优化混合控制法,通过切换不同的控制模式保持双向变换器电感平均电流最小,以提高功率传输效率。论文通过对扩展移相控制(extended phase shift control,EPS)工作原理分析、各开关时刻电感电流及功率传输分析,建立平均电流数学模型,通过分析不同模态的平均电流确立调制方案,并通过效率分析验证方案的可行性。     

基于三角电流模式的双有源桥变换器

采用传统移相控制双有源桥无法实现开关管的零电流关断,使得应用在大功率场合下的IGBT关断损耗过大,同时存在功率回流的问题。为了减少开关管的关断损耗和变换器的功率回流,提高系统效率,提出三角电流模式双有源桥的控制方法。通过对传统移相控制进行分析,解释双有源桥的基本工作原理,并与三角电流模式的控制方法进行性能比较;分别分析三角电流模式双有源桥正向工作和反向工作时的开关时序和工作模态,以及变换器软开关的实现原理,推导出系统传输功率的计算公式和电路元件的参数优化方法;最后通过仿真和实验证明该控制方法的可行性。     

混合双有源桥变换器扩展移相控制方法研究

为解决变换器在升压模式时存在电流应力偏大的问题,基于梯度法构造电流应力和功率约束条件的方程组,得到可优化电流应力的扩展移相占空比组合;此外,考虑到移相角的突变会严重影响变换器的动态响应,通过改进移相角动态调整策略使变换器能够快速并稳定地过渡到新的稳定状态,抑制了直流偏磁,使其动态特性得到改善。最后,搭建实验平台进行验证,与单移相(SPS)控制和传统扩展移相(C-EPS)控制对比,证实了该方案的可行性。     

输入串联输出并联型双有源桥变换器等效建模方法

该文提出一种适用于双有源桥结构(dual active bridge,DAB)构成的输入串联输出并联(input series output parallel,ISOP)DC-DC变换器的电磁暂态等效建模方法。现有电力电子变换器常将ISOP型DAB变换器作为中间环节,但由于DAB单元和ISOP结构的复杂性,导致电磁暂态精确仿真的仿真效率极低。为此,文中提出一种适用于DAB构成的ISOP型DC-DC变换器的等效建模方法。具体而言,采用梯形积分法将各DAB单元组成元件离散化,并通过对变压器的分析,将变压器解耦,再利用嵌套快速求解法消去DAB单元内部节点和串并联节点,使得整个DAB变换器等效为仅包含4个外部节点的戴维南(诺顿)等效电路。在完成一个步长的电磁暂态求解后,可随后进行内部节点信息如各DAB单元输出电流的更新。在PSCAD/EMTDC环境中验证所提出模型的精度和加速比,结果表明,提出的等效建模方法可以精确仿真系统稳态与暂态过程,且可以很大程度提高电磁暂态仿真效率。     

一种双向隔离三电平DC-DC变换器电流有效值最小控制方法

针对双向隔离DC-DC变换器在传统"两电平H桥结构+移相控制"模式下进行功率传输所导致的开关器件承受电压应力大、变换器传输效率低等问题,提出一种"双边三电平半桥结构+电流有效值最小控制策略"方案。该方案将H桥结构替换为三电平半桥结构并在传统移相控制的基础上增加对变压器漏感电流有效值的控制,降低了变换器损耗和开关器件承受的电压应力并提高了变换器的传输效率。根据隔离变压器漏感电流有效值表达式与零电压开关条件,对电感电流有效值最小控制方法的控制曲线进行了详细推导,并根据该控制曲线设计了基于可编程逻辑器件的控制核心。采用新型Si C MOSFET开关器件搭建了物理实验平台。实验结果表明在所提方案的作用下开关器件所承受的电压应力、变换器损耗和变换器传输效率都得到了较大的改善,验证了理论分析的正确性和所提方案的可行性。     

一种适合宽输入范围的双电压输入功率变换器

在新能源发电领域,通过多输入电力电子变换器代替多个单输入变换器,可降低成本,提高系统的效率和稳定性。这里提出一种具备宽输入电压范围的双输入电力电子变换器,其具备结构简单、宽输入电压范围和良好的容错能力。具体而言,分析了变换器的工作原理,并给出了变换器的稳态特性,最后通过搭建样机验证了理论分析的正确性和可行性。     

双有源桥变换器电感电流的全局最优控制建模

为改善双有源桥(DAB) DC/DC变换器的工作性能,减小功率损耗,对电感电流的优化策略进行研究.通过分析双重移相(DPS)控制的DAB DC/DC变换器在全局条件下的各种工作模式,并建立了其数学模型.据此,使用拉格朗日乘数法求解各模式下实现最优电感电流的移相比组合,同时推导出由电压转换比和给定传输功率确定变换器运行模...     

双电压合成矩阵变换器无功功率的控制与输入电流消谐

分析了基于双电压合成的矩阵变换器。提出了参与输入电压的概念,并用其对双电压合成矩阵变换器进行了两点改进：一是实现了无功功率的正负调节;二是改善了在非对称输入电压情况下的输入电流波形。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

双有源桥DC/DC变换器输出电压优化控制策略

基于电压控制的双有源桥(DAB)DC/DC变换器是直流微电网中控制直流母线电压的核心变流器装置,电容电压反馈控制作为DAB控制中的常用策略存在着控制系统增益与传输功率耦合的问题,并且控制性能受恒功率负载的负阻抗特性的影响较大。为优化DAB的控制性能,在充分分析耦合问题产生的原因、恒功率负载的负阻抗特性的影响的基础上提出了一种基于电容能量反馈解耦的优化控制策略。通过电容能量反馈控制消除DAB控制性能与恒功率负载的耦合;结合基于模型的解耦移相控制得到对应的移相控制信号,解除传输功率对控制系统闭环增益的耦合,实现了以DAB为核心的直流微电网控制性能的优化。理论分析与试验结果验证了所提控制策略的有效性     

基于动态矩阵控制的双有源桥DC-DC变换器电流应力优化策略

为了提高拓展移相控制的双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电压动态响应性能,降低系统的电流应力,利用使电流应力最小的优化相移角与输出电压之间的关系,提出了一种将电压动态矩阵控制(DMC) 算法与变换器电流应力优化方法相结合的控制算法,并从预测模型、滚动优化、反馈校正三个环节详细介绍了DAB的DMC电压预测控制的具体实现过程,最后,将所提出的控制方法与电压闭环PI控制的拓展移相电流应力优化算法进行仿真比较,仿真结果表明：该方法不仅减小了电流应力,而且在变换器启动阶段以及负载突变时,大大改善了变换器的电压动态响应性能。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

本文提出了一种采用最小电压有源箝位（MVAC）的功率因数校正变换器，可有效地减少由二极管反向恢复引起的损耗，主开关和辅助开关均为软开关，并具有电压应力较低的特点。研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。该文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。