双向DC-DC变换器拓扑结构综述

基于国内外对双向DC-DC变换器的研究成果,简述了各种拓扑结构的基本组成,系统地分析了它们的工作原理,总结了优缺点和异同点,进而对双向DC-DC变换器拓扑结构的分类方法重新进行了界定,为展开奠定了根基。然后指出了现有拓扑结构适用场合和存在的问题,并在此基础上为研究新型拓扑结构提出了建议,同时也为工程应用提供参考。     

医用小功率高压直流电源的数字控制研究

LCC谐振变换器克服了高压变压器寄生参数的影响,并能够在宽负载范围内实现开关管的软开关,逐渐成为高压直流电源主流拓扑。分析了该变换器的电压增益特性,给出一种数字变频控制方案,硬件电路简单,可以实现宽负载范围内的软开关。通过一台输入20 V,输出1 000 V/5 mA的原理样机验证了方案的可行性。     

Buck变换器的多频率矩阵模型及其在分布式供电系统中的应用

电力电子变换器是频域内典型的单输入多输出系统,当输入某一频率的扰动信号时,变换器各状态变量既包含扰动频率分量,也包含与扰动相关的边带频率成分。在包含多个电力电子变换器的分布式供电系统中,一个变换器的开关纹波为另一个变换器的扰动,这种相互作用在某些情况下可能会导致母线电压差频振荡从而影响系统电能质量。然而,传统小信号模型以单个变换器的分析和设计为背景提出,主要用于描述变换器的低频特性。由于这些模型忽略了开关变换器的很多固有特性,因此不能准确地分析上述变换器之间在开关频率附近的相互作用。为此,提出了一种新的矩阵小信号模型并以Buck变换器为例进行了详细的说明。该模型可以准确地描述变换器的单输入多输出特性,并解释分布式供电系统中电力电子变换器相互作用导致的母线电压差频振荡现象。对比结果表明,传统的平均小信号模型和多频率小信号模型都是所提出的矩阵模型在不同情况下的近似。仿真和实验结果证明了所提模型的准确性和有效性。     

一种新型非谐振型软开关交错并联Boost电路

提出一种新型非谐振型交错并联Boost零电压转换(ZVT)电路。在传统交错并联Boost拓扑基础上添加了一组由一个电感、两个电容、一个开关管、四个二极管组成的辅助网络,令主开关管实现了零电压开通与关断,辅助开关管实现了零电流开通与部分零电压关断,降低了开关损耗,提升了电路变换效率。软开关可在宽工作范围内有效实现,电路工作在连续电流模式(CCM),控制方式简明易行,辅助网络的引入没有给主开关管带来额外电流应力。通过复用部分辅助元件,提高了辅助网络利用率,减少了体积与费用;降低了开关过程中的dv/dt、di/dt,抑制了开关噪声。详细分析了电路拓扑结构、工作原理,并对主要参数进行了优化选取,最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

恒定导通时间控制Buck变换器的间隔周期斜率补偿方案

提出一种改进的斜率补偿方式,用以改善恒定导通时间控制模式Buck变换器的稳定性。与传统方法相比,所提方法以数字化控制的方式间隔周期提供斜率补偿信号,能更加有效地消除次谐波振荡。此外,该方法可根据相邻周期关断时间的偏差来自适应地调节补偿信号的斜率。这使得系统在稳态时仅需少量的斜率补偿,有效地降低了补偿信号对恒定导通时间控制快速响应能力的影响。通过理论量化分析和实验对比验证了所提方法的可行性。     

隔离型双半桥DC-DC变换器的软开关特性

分析了隔离型双半桥(DHB)DC-DC变换器的软开关特性。首先介绍DHB变换器的工作原理,详细分析DHB变换器的软开关过程。通过理论建模和定量分析,给出各开关管实现零电压开通的充要条件。总结谐振电流、变换器输出功率和死区时间与实现零电压开通的三条规律,推导出各开关管软开关实现所允许的变换器最小输出功率的解析表达式。然后,提出一种改进的占空比控制策略,有效地扩宽了变换器的软开关运行范围,有助于变换器实现稳定的软开关运行。最后,通过样机实验验证了所提的理论分析以及改进控制方法的正确性和有效性。     

一种单级高频AC-AC变换器的低通输入滤波器的参数设计

单级高频AC-AC变换器将工频电网电压转换为高频(一般大于100k Hz)正弦交流电压,并实现功率因数校正的功能。由于其功率因数校正单元工作于电流断续模式(DCM),使得输入电流含有大量高次谐波,需采用低通输入滤波器予以滤除。上述低通输入滤波器的滤波参数不仅影响其滤波性能,还会影响到输入功率因数等诸多方面,因此滤波参数的确定十分重要。首先,根据叠加定理分别建立变换器交流侧等效电路模型,即工频分量和开关频率分量单独作用下的等效电路;进而,根据滤波器输入、输出要求合理设置相关预设参数,使加入滤波器后电网输入侧满足能量之星关于功率因数的要求。在此基础上以LC低通输入滤波器为例,对输入滤波器参数的定量设计过程进行详细阐述,并归纳出一种程序化的设计方法;最后,进行仿真及实验验证设计方法的正确性,该方法也可用于单级有源功率校正器的输入滤波器设计,而且对设计其他类型的低通输入滤波器有借鉴价值。     

LCC谐振变换器非对称移相控制及效率优化方法

提出一种LCC谐振变换器的非对称移相控制方法。该方法采用PWM移相混合调制方式,有两个控制变量,实现了更高的控制自由度。分析LCC谐振变换器的稳态特性,包括输出功率特性、软开关特性以及谐振电流特性。分析结果表明,不同的控制变量组合能够实现同一输出功率,但会导致软开关及谐振电流特性发生变化。在此基础上提出一种效率优化策略,使谐振变换器在输出功率不变的情况下谐振电流降至最低,同时保证了软开关的实现。所提出的方法能够进一步提升LCC谐振变换器的效率。通过仿真及1.9k W样机验证了理论分析及所提控制方法的可行性和有效性。     

基于阻抗源变换器的光伏直流升压汇集系统

针对大型光伏电站直流升压汇集技术挑战,提出一种计及阻抗网络概念的新型光伏直流升压汇集系统解决方案。该方案以一种阻抗型多模块串联式直流升压变换器为核心,具备多路最大功率点跟踪(MPPT)与高增益升压变流一体化功能,从而无需低压直流母线与专用MPPT装置,结构清晰可靠,便于内部故障隔离与整站动态控制。阻抗网络的引入,一方面具备灵活调压能力,可有效地解决输入光伏阵列间功率不均衡问题,具备良好运行适应性;另一方面具备抵御直通短路故障能力,可以大幅度提升电力电子系统运行可靠性。详述了系统架构、核心直流升压变流器拓扑、工作原理与控制方法。针对光伏阵列输出功率均衡与不均衡两种典型工况,对该系统进行仿真验证。仿真结果表明所述理论分析正确可靠,该系统对于未来直流光伏电站的推广应用具备潜在应用价值。     

基于功率变换器与励磁电压扰动法的SRG风电MPPT控制

提出一种新型开关磁阻发电机(SRG)自励解耦型功率变换器结构和运行方法,满足两相绕组同时工作,克服了传统他励式和自励式功率变换器的缺点,发电电压与励磁电压之间经过带隔离的正激电路实现解耦,励磁电压独立可调。基于此新型功率变换器,提出基于励磁电压扰动法进行SRG最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法,该方法不依赖于复杂数学模型,通过检测励磁电压扰动下输出功率与转速的变化,实现MPPT。最后,通过仿真分析和实验验证说明,最大功率跟踪效果较好。