双频率控制开关变换器低频波动现象抑制方法

针对传统双频率控制技术应用于电感电流连续导电模式开关变换器时存在的电感电流和输出电压低频波动问题,在介绍该技术控制原理的基础上,建立了输出电容储能迭代模型,利用该模型揭示了一个开关周期内电感储能变化量不为零是产生低频波动现象的根本原因。为解决此问题,通过将电感电流信息引入反馈控制环路,提出并研究了峰值电流型固定关断时间双频率控制技术,分析了该技术的工作原理和低频波动现象抑制机理。通过与传统双频率控制技术进行仿真和实验对比研究,结果表明峰值电流型固定关断时间双频率控制方法能够有效抑制低频波动现象的发生。     

无桥Boost PFC变换器变占空比控制方法的研究

电流断续模式(DCM)无桥Boost型功率因数校正(PFC)变换器具有开关管零电流开通、二极管零电流关断、开关频率固定的优点。通过分析DCM无桥Boost型PFC变换器的工作模态并推导其输入电流与功率因数(PF)的表达式,发现PF值随输入电压的增大而减小。针对该问题,提出了变占空比控制DCM无桥Boost型PFC变换器,采用拟合占空比的方法,推导出瞬时占空比的表达式。该方案实现了网侧电流与网侧电压同频同相,且具有低输出电压纹波与高效率等优点。仿真和实验结果都证明了该方法具有良好的性能,可满足运行要求。     

基于状态平面模型的多模态恒功率谐振电容器充电电源研究

谐振型电容器充电电源因其高效、高功率密度被广泛应用于脉冲功率领域,其控制方法多为断续模式的恒流控制,控制简单但存在充电速度慢、开关器件应力大的缺点。恒功率控制可以加快充电速度,但电流断续模式(discontinuous conduction mode,DCM)谐振电流峰值大、平均值小,器件应力大;电流连续模式(continuous conduction mode,CCM)充电后期开关频率高,硬关断损耗与干扰严重。为了实现电容器恒功率充电的同时弥补单一CCM或DCM模式充电的不足,该文提出一种新型多模态恒功率控制策略,综合利用CCM电流平均值大、峰值小与DCM开关损耗小的优势。状态平面法便于准确直观分析谐振电路变模式恒功率充电过程,因此文中通过CCM与DCM运行时的状态轨迹推导出恒功率控制模型,设计并实现各充电模态的平滑切换。最后通过实验验证,该多模态恒功率控制策略能够在显著加快充电速度的同时不增加开关器件应力。     

DCM变频控制的反激单相光伏并网微型逆变器

工作在电感电流断续模式下的反激单相光伏(Photovoltaic,PV)并网微型逆变器,由于开关频率恒定,所以在正弦波过零点附近或瞬时输出功率较低时,存在较大的开关损耗问题。为此,提出了一种新的变频控制策略。使得开关频率跟随瞬时输出功率变化而变化,在低瞬时输出功率时,自主降低开关频率,从而能有效减小开关损耗。利用恒定原边电流峰值单元和开关频率控制单元来实现所提出的变频控制策略,最后通过PSIM仿真验证了采用DCM变频控制的反激单相光伏并网微型逆变器的性能;仿真结果表明所提控制策略能有效降低正弦波过零点附近瞬时输出功率较低时的开关频率,从而降低逆变器的开关损耗,提高整体效率,同时还能保证输出的并网电流有较小的THD。     

基于双频率DCM控制的交错反激光伏并网微逆变器

为了提高交错反激光伏并网微逆变器的并网控制性能,提出一种基于电流反馈的并网电流控制策略,并且为了增大微逆变器功率输出范围,进一步提出一种双频率DCM并网控制策略.在双频率控制策略下,反激变换器工作在DCM模式,输出较低功率时采用高频模式,而输出较高功率时采用低频模式,且依据较高开关频率设计电路参数.以额定功率280W、直流输入电压35V、并网电压220V的交错反激微逆变器为例进行了仿真分析,结果表明电流反馈控制具有较高的控制精度和动、静态响应特性,并网电流波形质量良好,采用双频率DCM控制策略在相同电路参数下增大了微逆变器的功率输出范围,且有利于简化控制器和滤波器的参数设计.     

开关变换器双频率控制技术

提出并研究一种开关变换器非线性控制策略,双频率控制技术.研究电压型和电流型双频率控制开关变换器的实现方式及特点,对比分析电压型和电流型双频率控制开关变换器的工作特性和控制规律.理论分析、仿真及实验结果表明:电压型和电流型双频率控制具有相同的稳态工作特性;而在动态响应方面,电流型双频率控制具有比电压型双频率控制更为优越的性能.此外,与电压型双频率控制相比,电流型双频率控制具有自动限流功能和更为平稳的启动特性.     

混合导通模式并网逆变器的直接电荷量控制方法

逆变器的不连续导通模式(discontinuous conduction mode,DCM)所需滤波电感量小,可以实现开关管的软开通,因而能够有效地提高逆变器的效率及功率密度。但是,DCM下电流应力较高。针对这一问题,该文采用T型三电平电路构建LCL型并网逆变器,并使逆变侧电感工作于混合导通模式(mixed conduction mode,MCM)。逆变器在负载电流较小时工作于DCM,在负载电流较大时工作于梯形导通模式(trapezium conduction mode,TPCM),从而在实现软开关的同时,有效地减小了电流应力。DCM与TPCM都可以实现固定开关频率,但基于传统的状态平均模型难以实现控制器的设计。该文提出一种以桥臂输出的电荷量作为控制变量的电荷量模型。该模型为线性化的二阶模型,大大简化控制器的设计。基于该模型,该文提出了一种定开关频率的直接电荷量控制方法。最后,通过仿真和实验,验证所提出的建模与控制方法的优越性。     

基于断续导通模式下的PCS中双向DC/DC变换器的研究

为获得较高的功率密度和减小开关损耗,将PCS中双向DC/DC变换器设计在断续导通模式(DCM)下,并采用交错并联结构弥补DCM下电压电流纹波较大的缺陷。分析研究变换器采用不添加额外半导体器件的控制型软开关技术,实现开关软通断,减小开关损耗。最后推导了实现软开关的死区时间、电容、电感等设计公式。通过实验,验证了理论分析的正确性。     

内部本质安全型Boost变换器电感的设计

分析了Boost变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)时的峰值电感电流。指出在给定开关频率、输入和输出电压时,变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是该变换器在整个负载范围内工作时的最大电感电流,并将其与最小点燃电流相比较作为变换器在该工作模式下内部电感本质安全的判断依据。文中给出了实例,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

双频率控制LLC谐振变换器分析与设计

针对传统LLC谐振变换器负载动态响应较慢的问题,提出并研究了双频率控制LLC谐振变换器。与传统变频率控制LLC谐振变换器相比,双频率控制LLC谐振变换器无需补偿网络和压控振荡器,简化了控制电路的设计。此外,双频率控制LLC谐振变换器保持了传统谐振变换器开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),实现了高效率功率变换。详细分析了双频率控制LLC谐振变换器的工作原理及其关键参数的设计原则。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

级联H桥Boost PFC电源建模及应用研究

针对电感电流断续导电模式(DCM)功率调节器固定占空比,输入电流纹波含量大导致功率因数降低的问题,提出了一种具有自动调节功能的级联H桥开关周期平均模型。给出了Boost PFC电路拓扑结构,并分析了该电路的工作原理。论证推导了在DCM模式下时均模型修正方程表达式。利用LTspice软件进行仿真分析并进行实验验证,其结果与传统固定占空比的DCM功率调节器相比,很大程度减少了低频输入电流纹波,有效降低了谐波含量。仿真结果和样机实验验证了所提出的模型和控制策略的有效性。     

应用于混合动力变换器中的新型变频控制方法

针对混合动力车载变换器中由于电感量较小，而导致功率器件工作频率较高，从而引起开关损耗过大的问题，该文提出了一种新颖的变频控制方法。该方法根据DC/DC变换器输出电压的变化相应地调整开关管的工作频率，有效地减少了在整个电压输出范围内的开关损耗，避免功率模块局部过热。同时，针对额定电流输出时开关损耗应力较大的问题，提出了电感电流恒脉动的变频控制方法。以此保证在整个输出电压范围内电流峰值恒定，从而在提高电感利用率的同时减少了开关损耗。另外，当输出电流小于额定电流时，提出了一种损耗最小化的变频控制方案。实验表明，采用变频控制方法在减少电感体积的同时，并没有使功率开关的损耗明显增加，从而合理地解决了散热问题。该控制策略可以用于混合动力车载变换器中。     

Realization of the powering/regenerative operation of the induction motor by the parallel resonant power converter and proposal of a novel circuit topology

A resonant power converter for the low switching loss power conversion must be achieved for high-frequency zero voltage switching or zero current switching. The important matters of the continuation of resonant phenomena are the control strategy of resonant initial current and the clamp circuit for suppressing the resonant link voltage. The control strategy of the resonant initial current is discussed and the powering and regenerative operation are shown successfully in the steady state and transient state by experimental test. Finally, a new resonant dc link dual converter system is proposed and it is confirmed that the voltage stress of the resonant capacitor and the rms value of electrolytic capacitor current are decreased with experimental test also.     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

自适应滞环电流控制逆变器复合控制策略

针对传统滞环电流控制下双Buck逆变器功率管开关频率不固定导致开关管损耗大、输出电压中的谐波频率范围广的缺点,采用滞环宽度可以根据逆变器电气参数实时调整的自适应滞环电流控制策略,使得开关频率基本保持固定,且滞环宽度按照2倍输出频率余弦变化.同时在电压外环中采用数字PID控制和重复控制相结合的复合控制策略,减小波形失真,...     

微网光伏双模式逆变器双环控制策略研究

针对微网系统并网/离网运行过程中对模式平滑切换,抗外界干扰能力和系统动态响应具有较高要求的情况下,提出了双模式逆变器在电网基波频率同步旋转坐标系下的双环控制策略,建立了微网光伏逆变器并网/离网模式数学模型。系统并网时采用基于PI调节器的电压矢量跟踪电流控制策略,离网运行时采用基于SVPWM的电容电压外环电感电流内环控制策略。同时,为减小双模式切换过程产生的网络冲击,设计了并网/离网平滑切换方法。仿真结果表明,所提控制策略能够保证系统的稳定运行,同时在切换模式下,减小了电压电流冲击,实现模式平滑切换。     

基于电压向量合成的模块化多电平换流器控制策略

介绍了模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的拓扑结构与工作原理,提出一种基于电压向量合成的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multi-level converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）控制方法.传统的模块化多电平换流器控制方法子模块投切频率高,相应的开关损耗也高.设计的电压向量合成控制法可以实现子模块工频开关投切,极大地降低了模块开关损耗.同时还针对该控制方法设计了模块均压控制策略和换流器闭环控制系统,在模块工频投切的同时模块电压也能得到良好的均压控制.仿真结果表明所设计的控制系统模块开关频率低,电压波动范围小,实现了功率的闭环控制,具备很好的理论研究价值和工程应用价值.     

基于改进SPWM控制的新型单级BUCK-BOOST逆变器

提出了一种新型的单级串联谐振型Buck-Boost逆变器，它能在一个功率级内产生峰值高于或低于输入直流电压的正弦交流电压。文中详细分析了所提逆变器的工作原理，并利用状态空间平均法建立了系统数学模型。基于断续导电模式，所提逆变器拓扑利用串联谐振单元实现所有开关的零电流开通和辅助开关的零电流关断，减小了开关损耗，提高了系统效率。为了改善逆变器的输出特性，提出一种改进的SPWM控制方法，该方法采用带直流偏置的正弦调制波，消除了线性近似法所导致的输出电压波形过零点附近的畸变。通过一台1kW原理样机的实验结果，验证了该变换器的优点和改进SPWM控制方法的有效性。     

一种基于混杂系统的Boost变换器切换控制算法

Boost变换器既有开关动作上的离散性,又有连续子系统,是典型的混杂动态系统。根据混杂切换理论建立Boost功率变换器的混杂模型,分别讨论变换器在CCM和DCM两种工作模式下的切换控制策略。在固定的系统工作频率下,通过检测电感纹波电流与理论值相比较来控制功率开关器件导通或关断,由此得到所需的占空比信号,从而实现Boost功率变换器的混杂切换的控制。根据电容电荷平衡原理,对负载电流进行估算,减少电路中被检测量,简化控制器的设计并提高了效率。最后,在Matlab/Simulink环境下进行仿真实验,验证了所提控制算法的有效性。     

多包络线谐振软开关逆变器控制策略

为了满足光伏微型逆变器高功率密度、高性能、低总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的要求,文中基于临界电流模式提出一种多包络线谐振软开关逆变器控制策略,通过进行开关管的分时控制达到平衡电感电流上升下降时间的目的,从而缓解过零点畸变。随后,详细介绍多包络线谐振软开关逆变器控制策略的工作模态,并从软开关、开关频率、开关管损耗与逆变效率、过零点畸变程度等方面与传统临界电流模式进行对比分析。为验证控制策略的有效性,文中基于PSIM搭建了500 W谐振软开关单相全桥逆变器进行开环仿真验证。仿真结果表明,与传统的单极性临界电流模式相比,多包络线临界电流模式可以有效优化过零点问题,能够滤除谐波、降低THD,并且实现零电流开关(zero current switch,ZCS)和全部开关管的零电压开关(zero voltage switch,ZVS)。