电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路。DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。对10 kWGaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性。它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频变压器组成。变压器在实现两个全桥变换器之间的电气隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个10 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。     

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。     

全桥隔离DC/DC变换器相移控制归一化及其最小回流功率控制

全桥隔离DC/DC变换器是未来无工频牵引变压器电力牵引传动系统的一个重要组成部分。重点研究其广泛采用的相移控制方法。首先,提出一种三重相移控制方法,分析该方法与已有相移控制方法的内在联系,统一全桥隔离DC/DC变换器的相移控制方法;其次,为提高系统效率,全面分析变换器中存在的回流功率,并给出最小回流功率控制方法,通过引入一个中间变量,该方法相对于已有控制算法,无需负载侧电流传感器,并有效地降低了控制系统运算复杂度;最后,研制1.5 k W小功率实验平台并进行实验验证,实验结果表明,所提出的最小回流功率控制方法在额定功率附近显著减小了系统回流功率,提高了系统的效率。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

双向全桥串联谐振DC/DC变换器扩展相移控制的全局优化方法

基于传统基波等效法建立的双向全桥串联谐振(dual bridge series resonant,DBSR) DC/DC变换器模型准确度不高,导致控制存在误差,变换器的工作效率降低。文中采用分段分析法建立DBSR变换器在扩展相移(extended phase shift,EPS)控制下的模型,能够准确描述变换器的特性。传统单相移控制下变换器的回流功率和开关损耗较大,导致变换器工作效率降低,而文中提出一种基于EPS控制的全局优化控制方法,能有效降低回流功率和开关损耗。首先分析双向全桥串联谐振DC/DC变换器的回流功率原理,建立回流功率的优化控制模型;然后结合软开关条件及考虑死区时间下的完全软开关特性,建立双向全桥串联谐振DC/DC变换器的全局优化控制算法;最后,在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对所提方法与传统方法在宽电压增益下以及全功率范围内进行实验对比。实验结果表明：与传统基波分析法相比,所提建模方法具有更高的准确度,且所提的优化控制方法可以有效降低回流功率,显著降低变换器的开关损耗,能够大幅提升变换器的传输效率。     

基于SiC二极管的移相控制型直流变换器设计

设计并试验验证了一种基于SiC二极管的隔离型移相全桥 DC/DC变换器.该变换器变压器采用交错并联结构以提高功率等级,降低电流电压应力;采用移相全桥电路实现软开关,降低开关损耗,便于提高开关频率以减小磁性元件体积、增加功率密度;此外,二次侧不控整流电路使用SiC二极管,消除了传统不控整流反向恢复的问题.通过分析移相全桥的工作原理,提出了一种基于SiC二极管整流的移相全桥 DC/DC电路设计方法,并研制了１台额定600V 输入、300V 输出的3.6kW 样机,试验结果验证了设计方法的可行性。     

两级DC/AC变换器直流输入电流纹波抑制

两级单相逆变器的前级DC/DC变换器输入电流会含有较大的低频纹波电流,这会严重影响直流侧电源的寿命。此处基于电流反馈双半桥(CF-DHB)DC/DC变换器和全桥逆变器构成的两级DC/AC变换器,提出一种新的抑制输入电流纹波的方法,根据变换器的瞬时功率特性,计算出消除电流纹波所需的移相角,进而消除控制器输出量中的纹波分量。能够在保证交流输出电压质量的同时,显著抑制输入电流纹波,并且能够消除负载突变时的电流振荡。实验验证了所提控制方法的有效性。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

并行电流模式控制的ZVZCS PWM DC/DC全桥变换器

由于数字化与软开关技术二者的融合可以改善电源的控制精度,减小电源的体积,提高电源的效率和功率密度,传统的DC/DC变换器的控制方法动态响应较慢,数字实现起来比较复杂。提出了一种采用并行电流模式控制方法,先进的拓扑,并结合了ARM处理器的零电压零电流(ZVZCS)全桥DC/DC变换器全数字控制系统。该控制方法是基于离散域推导的,将检测到的输入电压、电感电流和输出电压进行数字运算得到占空比信号从而控制PWM输出,易于数字实现。仿真和样机的实验结果表明了理论分析的正确性和数字控制策略的可行性。     

三相AC/DC变换器的滑模电流控制

针对三相PWMAC/DC变换器的输入电流调节,提出了一种滑模电流控制策略,其直流侧输出电压通过PI控制器调节。在该控制策略下,PWMAC/DC变换器具有功率因数为1的高输入电能质量和极佳的输出电压特性。实验结果证明了该方案的有效性。     

直流侧低频电流纹波优化的单相全桥逆变器设计

为了优化单相全桥逆变器的直流链路上的电流纹波,本文设计了一种增强型的单相全桥逆变器及其控制策略,可有效降低直流链路电流纹波,并同时在交流输出端提供了优质的正弦电能。加强型全桥逆变器增设了一对额外的开关,通过设计了互补控制方案,可防止双倍频纹波电流流入逆变器的输入端,直流输入侧仅需提供输出功率的直流分量。最后,试验结果验证了所设计的增强型单相全桥逆变器的效果。     

新型电压-电压PWM控制DC/DC变换器的研究

针对传统电压单环PWM控制电洲在输入电压大范围波动时存在输出电压幅值波动大、谐波分量大、动态响应较慢等特点，提出了一种能够适应输入电压大范围波动的新型电压－电压PWM控制策略，并给出了其在Buck电路中的实际应用控制规律。仿真结果表明该新控制策略精度高，效果明显。     

交错控制双Boost型DC/DC变换器

提出一种交错控制双Boost型变换器,其包含有2个Boost单元,对应开关管的驱动信号相位差180°。对其在1个开关周期内的6种开关模态的开关通断情况和主要电压、电流的变化情况进行了详细介绍,并对变换器的性能特点进行了深入分析。实验结果表明该变换器具有以下特点:控制简单可靠,有现成的控制芯片可用;有源和无源器件都能实现软开关,不增加开关的电流、电压应力;与传统的Boost型DC/DC变换器相比,在输入、输出条件相同的情况下,输入电感和输出电容都可以减小,这是因为其输入电感电流和输出电压纹波频率都为开关频率的2倍,达到了倍频的效果。     

基于飞跨电感的高升压比级联式DC/DC变换器

高升压比DC/DC变换器在微电源并网、不间断电源以及车载电源等场合均有广泛应用。飞跨电感模块,既具有升、降压能力,又可以实现能量双向流动。利用多个飞跨电感模块输入、输出端串、并联组成共正极、共负极和不共地3种不同结构的级联式高升压比DC/DC变换器,其均可在较合适的占空比下维持较低的电流应力,获得高电压增益。模块间采用载波移相调制可以减小模块输入侧电流纹波、变换器输出电压纹波和输出滤波电容容值。详细介绍了飞跨电感模块和DC/DC变换器的结构及工作原理,并以其中不共地变换器拓扑为例通过仿真和实验验证了其正确性。所提变换器具有电压增益便于调节、扩容方便和应用范围广等优点。     

基于移相全桥技术的PFC三相四线AC/DC变换器

基于全桥移相(PSFB)控制技术,提出一种可实现交流输入与直流输出隔离的三相四线AC/DC变换器.对基本结构进行了理论分析和实验验证.理论和实验表明该变换器有效提高功率因数,明显改善滞后臂的软开关.     

用于城轨直流牵引系统的混合型MMC全桥子模块比例设计方法

城市轨道交通直流牵引供电系统是一个低电压大电流系统,受制于开关器件的通流能力,两电平变流器的单台容量难以满足需求。由全桥子模块和半桥子模块组成的混合型模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）可用于调制比大于1的系统中,利用全桥子模块的负电平输出能力,可以提高交流电压或降低直流电压。针对可用于城市轨道交通直流牵引供电系统的混合型MMC,提出一种全桥子模块比例的设计方法,满足高调制比稳态运行的需求和直流故障清除能力的需求,选取了常见的1 500 V地铁系统作为算例,选取3组参数,在PSCAD软件中搭建仿真模型,验证了设计方法的正确性。     

适于可再生能源发电储能系统中的双向直流变换器

研究了一种交错式双向直流变换器,该变换器工作在Boost方向时输入端进行交错并联,减小了输入电流纹波,输出端进行交错串联,提高了升压变比;工作在Buck方向时,输入端进行交错串联,输出端进行交错并联,因此该模式下具有较大的降压变比,同时减小了输出电流纹波。另外,在两种工作模式下,功率器件的电压应力都得到了降低。详细地分析了该变换器在两种模式下的工作原理及稳态特性,最后给出了实验结果以验证理论分析的正确性。     

储能用悬浮交错双向DC/DC变换器

本文提出将单向悬浮交错Boost变换器扩展到双向工作模式,得到可用于储能系统的悬浮交错双向DC/DC变换器FIBDC（floating interleaved bi-directional converter）。详细分析了该变换器在双向模式下的工作过程,推导出电压增益、功率器件承受的电压应力以及电流纹波表达式,采用共同占空比交错控制策略实现了工作电压稳定和内部子单元平衡。最后通过仿真和实验对该变换器的性能及控制策略进行验证。该变换器具有输入输出电流纹波小、电压增益高、开关管应力低以及可多相扩展等优点,适用于高压大功率场合。