一种多谐振隔离双向DC-DC变换器

提出一种新型CDT-LC多谐振软开关双向直流变换器。基于传统LLC谐振拓扑,通过引入辅助变压器构建新的谐振结构,不仅保留了软开关高效运行的优点,同时收获了更好的电压增益特性,实现在较宽电压增益范围仍具有较高的工作效率。此外,对拓扑的工作模态以及增益特性进行详细分析,为变换器工作模式设计提供理论依据。在此基础上,计算分析变换器损耗的损耗分布并采用合理的优化方法提高效率。最后,建立2.5kW样机进行实验,验证了变换器的性能与理论分析的正确性,其最高效率可达97%。     

一种隔离型变结构多谐振直流变换器

随着直流配用电技术的发展,直流变压器技术开始备受关注,其效率和功率密度是目前主要的技术难题,为此需要从电力电子功率变换拓扑角度出发研究多工况、宽电压范围适用的高频、高效软开关拓扑。文中提出了一种可变结构多模式运行的隔离型多谐振直流变换器。该变换器采用辅助开关控制谐振腔,从而在不同应用场景下表现出自适应谐振特性。当系统输入电压较低时,采用双变压器多谐振拓扑结构,以获得较高的电压增益;而在额定状态下则采用五元件多谐振拓扑结构运行,实现高效率。得益于变结构多模式运行拓扑结构,该变换器具有较宽的电压增益范围,并能够始终保持较高的效率。这些特点使该变换器非常适合应用于直流配用电系统。文中在电路特性分析的基础上,制作样机并完成了实验验证。输入电压范围为80～600 V,输出电压为400 V,变换器峰值效率达到97.5%。     

一种隔离型三端口双向DC/DC变换器

提出一种隔离型三端口双向DC/DC变换器,设计了其主要工作模式的控制策略,并通过增加辅助电容在该模式下各输出端口之间实现功率解耦,提升系统稳定性和动态性能,最后搭建一台3.3kW的试验样机,对理论分析和设计进行验证。     

一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器*

模块化多电平变换器(MMC)已广泛用于高压直流输电,能将单个低压直流电网连接到高压直流电网。当需要将两个或多个电压等级不同的直流电网连接到同一个高压直流电网时,传统的解决方案是使用多绕组变压器或多个变换器。基于此,提出了一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器,可同时连接3个直流电网。针对所提变换器,分析了其工作原理和控制方法,并通过试验验证了所提拓扑的可行性与理论分析的正确性。     

一种直流微电网混合储能用多谐振三端口变换器

直流微电网内多采用具有高功率密度和高能量密度的混合储能系统维持微电网内功率平衡,并进行电压控制。针对该应用背景,文章提出了一种直流微电网混合储能用多谐振三端口变换器(采用LCLC多谐振结构)。该结构具有3个谐振频率,通过参数设计令3个谐振频率分别为:基频和三倍频的串联谐振频率以及二倍频的并联谐振频率。由于多谐振腔具有基频和三倍频2个串联谐振频率,使得谐振腔能够同时传递基频和三倍频能量,提高了功率传输能力,同时提升了轻载情况下的开关管关断电流,扩大了轻载情况下ZVS软开关范围。此外,提出了一种驱动频率最优化控制方法,根据变换器的输出功率调节驱动频率,以保证变换器的效率最优,同时通过调节移相角的大小和方向控制三端口间的能量传输。最后,设计了1台1.5k W实验样机,并进行了实验验证。     

一种非隔离双向三端口升降压变换器

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换器体积、重量和成本,提高系统可靠性,且任意两个端口之间均为单级升降压变换,大大提高了变换器的变换效率和功率密度。详细分析变换器的工作原理,给出相应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和功率控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性。     

一种高频隔离LLC谐振双向直流变换器的实现

针对高压大功率应用场合,将LLC谐振槽引入高频隔离三电平半桥(TLHB)双向直流变换器,提出一种新的拓扑结构。该拓扑具有LLC谐振和TLHB双向直流变换器的优点,可采用低耐压的开关器件,在全负载范围内实现了功率开关管的零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS),从而提高了开关频率,降低了开关损耗,提高了工作效率。分析了TLHB LLC谐振双向直流变换器的工作原理,给出了谐振槽参数的设计方法,实验结果证明了理论分析的正确性。     

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。     

一种非隔离型高增益三端口DC-DC变换器

针对光伏储能联合供电系统输出电压低、供电可靠性差等问题,提出了一种具备多种工作模式的非隔离型高增益三端口DC-DC变换器。变换器的3个端口共地,分别连接光伏发电单元、储能单元和负载,通过改进二次型结构提升电压增益,并降低开关器件应力。变换器具有5种工作模式,可满足离网光储发电系统的各种工况需求。此外,变换器对光伏端口和储能端口之间没有电压约束,能够适应更多的应用场合。详细分析了变换器在各工作模式下的工作原理和稳态特性,并与现有同类变换器进行了工作特性对比。根据光伏储能联合供电系统的控制要求和变换器在不同工况下的功率流动情况,研究了相应的模式运行与切换控制策略。最后,搭建了一台300 W的实验样机进行验证。     

一种多端口结构的高频谐振变换器

提出一种具有高频逆变能力的多端口变换器。通过集成两个交错并联boost电感,实现了两个交错boost电路,有效地提高了变换器的增益范围,而且可以极大地减小纹波电流。同时该变换器采用了LCLC谐振电路,通过引入一个超级电容,将前面所述两部分结合在一起,实现了多端口输入输出。该变换器采用恒频脉冲宽度调制方式,因此调制方式简单且易于控制,其次恒频控制也可以简化磁性元件和谐振电路的设计。首先介绍了变换器的工作原理,之后通过时域分析,对变换器的增益特性、电流纹波以及软开关的实现条件等进行了详细的分析。最后通过实验对变换器的特性加以验证。     

高增益对称双向LCLC谐振变换器的研究

为了解决双向DC-DC变换器输入、输出电压范围过窄的问题,该文提出一种高增益对称双向LCLC谐振变换器。提出的谐振变换器不是利用变压器的励磁电感参与谐振,而是在变压器的一次侧并联一个LC支路代替变压器励磁电感的作用,使得变换器在电感比较大的情况下仍有较高的增益,兼顾了LLC型谐振变换器在谐振点的高效率和宽的增益范围,且能保证一次侧和二次侧的软开关特性,实现谐振变换器的对称双向运行。该文基于基波分析法建立基波等效模型,推导出变换器的增益公式,分析谐振参数对直流增益特性的影响。最后搭建一台100～200V/24～48V、500W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提出拓扑结构的可行性及有效性,样机的最大效率达到96.3%。     

一种新型共直流母线串联型多端口变换器

当前多端口变换器(MPC)已广泛应用于直流电力系统中发、输、配、用的各个环节.共直流母线型MPC通过将多个两端口变换器连接到一条公共直流母线上构成,该类MPC具有模块化、易拓展、组合灵活等优势.此处使用三端口变换器(TPC)代替传统的两端口变换器作为共直流母线串联型MPC的基本模块,将所有变换器新增的双向端口接入一条额外的直流母线,并提出了模块化的均压控制方法,实现模块间的功率交换,以解决模块间输出功率和电压不平衡的问题.仿真和实验结果验证了拓扑及控制方法的有效性和可行性.     

一族非隔离双向直流变换器

提出一族基于反向耦合电感的非隔离双向直流变换器(bi-directional DC converter,BDC),通过引入反向耦合电感,利用电感感应电势阻断不工作MOSFET的体二极管,消除了传统双向变换器中开关管寄生体二极管的反向恢复问题;通过反向耦合电感与滤波电感等效电路的分析,将反向耦合电感与滤波电感用一个同向耦合电感代替,提出一族基于PCI的非隔离双向直流变换器。所提出的变换器控制与传统单向变换器相同,不需要专门的软启动电路,兼顾了较高变换效率、控制简单和高可靠性。给出拓扑推演过程,详细分析拓扑工作原理,并通过实验验证理论分析的正确性。     

三端口隔离双向DC-DC变换器模型预测控制技术

为提高直流微电网中三端口隔离双向DC-DC变换器的动态性能,针对三有源桥(TAB)DC-DC变换器,该文提出一种模型预测控制(MPC)策略。考虑TAB变换器各端口的控制目标,基于移相控制和平均值模型建立TAB变换器离散化预测模型,通过MPC问题最优求解设计预测控制器,以实现端口间的解耦控制效果。进一步分析系统参数偏差对MPC策略控制效果的影响,设计抑制稳态误差的TAB变换器MPC控制方案。基于TMS320F28335+FPGA_XC6SLX16的双处理器控制内核搭建TAB样机,实验结果验证了该文所提方法的有效性,且具有更快的动态特性及端口功率解耦运行能力。     

一种新颖四象限隔离型反激双向直流变换器

隔离型反激DC-DC变换器具有较高增益和较大功率等级,已成为高增益大功率场合的研究焦点,针对传统反激变换器存在的变压器漏感尖峰的问题,提出一种带反激缓冲器的隔离式四象限全桥双向DC-DC变换器。应用钳位电容和反激缓冲器来钳位因流馈式电感和隔离变压器漏电感间的潮流差而引起的尖峰电压,成功地把电压钳位到理想水平;同时消除了因漏电感的续流带来的开关损耗,提高了变换器工作效率;缓冲器还限制漏感电流ip在全桥开关中循环,在超载情况下降低了开关电流应力,提高了系统可靠性。实验证明了理论分析正确性和可行性。     

一种谐振型推挽式直流变换器

通过在变压器副边串联LC谐振器件,在谐振频率高于2倍开关频率时,电路能实现功率MOSFET的零电压开通和零电流关断,以及副边续流二极管的零电流关断。描述了电路软开关实现的具体过程。针对副边LC谐振过程中特有的n周期谐振现象,探索了其形成机理,推导了n周期谐振下输出电压、负载电阻及谐振电容电压之间的解析公式关系,归纳得到了变换器输出电压与输出电阻、输出电流之间的特性曲线,进而阐述了电路的应用范围及设计特点。最后制作了一台实验室样机,样机最多可工作在4周期谐振模式下,对不同负载、不同周期谐振工作状态的电路波形进行测试,验证了电路工作原理。     

储能系统中的一种隔离式双向直流变换器

此处提出一种适用于直流储能系统的新型双向直流变换器及其移相直通控制策略。该变换器整合了Z源拓扑与三电平拓扑在升降压运行中各自的优点,消除了传统变换器升压控制中的死区问题,次级侧电路开关管承压降为传统拓扑的50%。为验证所提拓扑与控制策略,设计并制造了一台实验室样机。     

一种三电平谐振型数字式直流变换器的研究

近年来LLC谐振变换器和三电平技术得到了广泛关注.提出了以TMS320F2801为控制核心的三电平LLC谐振型直流变换器.该变换器采用PI数字变频与PWM控制相结合的方案实现.样机试验结果证明,该变换器具有全负载范围内损耗小,效率高,动态稳定性好等优点.     

基于扩展状态平均法的隔离型多端口移相全桥双向直流变换器建模研究

建立了一种用于混合储能系统的隔离型多端口双向直流变换器的数学模型。通过星-网变换建立了移相控制下直流变换器多端口网型等效电路,通过扩展状态平均法建立了N端口变换器在电感电流连续时的状态平均模型和小信号模型,并分析了各端口之间传输的功率。仿真比较了不同端口数下变换器的模型输出和拓扑输出,并以三端口变换器为例,分析了移相比扰动下的模型和拓扑电路的动态响应。结果表明,提出的多端口直流变换器的数学模型能够准确反映移相控制下多端口变换器的稳态性能和动态性能,且对于不同端口数量的直流变换器具有普遍适用性。