行波管高压电源变换器的滑模PI控制方法

针对行波管高压电源的应用需求,为实现高压电源变换器在负载动态突变条件下良好的动态和稳态性能,提出了一种滑模比例积分(PI)控制方法。设计了一种应用于行波管高压电源的全桥LLC谐振倍压功率变换器,分析了基于自激移相调制的全桥LLC变换器的工作原理,采用平均大信号建模法建立了全桥LLC变换器的大信号模型,并基于模型设计了LLC变换器的滑模PI控制方法,采用非线性切换函数实现滑模和PI控制的平滑过渡。仿真实验结果表明:在负载脉动突变过程中,这种控制方法兼有滑模控制动态性能、鲁棒性好与PI控制稳定性好的特点,具有超调量小、动态响应时间快、稳态精度高、稳态纹波小等优点,且验证了所设计的全桥LLC变换器能够实现全工作过程的软开关。     

移相全桥和LLC技术在电推进PPU上的应用对比

分别采用移相全桥和全桥LLC设计了离子电推进电源处理单元(PPU)屏栅电源模块.针对恒流启动、打火保护、负载调整率等特性开展了设计和实验验证.得出移相全桥变换器应用在PPU设计显著提高了效率,但整流二极管和变压器绕组的电压应力较高,限制了单模块能够输出的最大电压;全桥LLC变换器消除了输出端滤波电感和箝位电路,降低了绝缘设计的难度和体积重量,劣势在于在输入电压范围变宽时效率下降明显.     

基于广义状态空间平均的LLC谐振变换器建模及稳定性分析

LLC谐振变换器在航空航天领域中广泛应用,但LLC谐振变换器固有的非线性特性及输出“小纹波”易造成系统失稳。为准确分析LLC谐振变换器非线性特性及输出“小纹波”问题,引入广义状态空间平均(generalized state space averaging, GSSA)理论对LLC谐振变换器进行建模,将时域非线性状态空间模型转化为GSSA模型。并推导基于GSSA理论的闭环系统小信号模型。通过特征值分析法及Nyquist曲线对元件参数、控制参数及参数耦合对系统稳定性影响进行分析,再利用仿真对模型及理论分析进行验证。仿真结果表明,建立的广义状态空间平均模型可以考虑到系统中“小纹波”因素,具有更高的精度。稳定性理论分析结果与稳定性分析仿真验证结果一致。     

基于负载变化的全桥LLC谐振变换器优化设计

LLC谐振变换器因其高效率和高功率密度的特性已经广泛应用于直流变换器的各种场合,其中负载变化将会对LLC谐振变换效率带来显著影响。首先分析了负载对全桥LLC谐振变换器最小工作频率和最大输出电压增益的影响,并提出一种基于给定负载范围电源效率优化的全桥LLC变换器参数设计方案。在此基础上,进一步给出基于负载变化的变频-移相混合控制策略的软开关实现条件。最后通过PSIM仿真和搭建实验样机验证了基于负载变化的全桥LLC谐振变换器优化设计方法的可行性。结果表明,优化设计方案既保证了较宽的电压输入范围,又实现了在给定负载范围内保持较大效率的目的。     

基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法

连续模型的准确性对于电力电子变换器的特性分析与实时仿真十分重要。由于独特的谐振腔结构,LLC变换器在不同工作频率区间分别以连续电流模式和断续电流模式运行,故而传统方法很难以连续模型实现其多种运行模式的统一描述。为此,该文提出一种基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法。首先,分析各工作频率区间全桥LLC变换器特性,建立一种大信号非连续模型,该模型能够实现LLC变换器多种运行模式的统一描述。然后,构建含陡度因子/脉冲系数的拓展型双曲正切函数,利用其将上述大信号模型连续化,从而建立了全桥LLC变换器的大信号连续模型。基于此模型,连续系统的方法可以被直接应用以实现对变换器特性分析、实时仿真和控制器设计。同时,相比于现有LLC变换器大信号连续模型,该模型具有较低的阶数和更高的精确度。此外,该模型在时域中能够提供次级侧功率器件高准确性的开关信息,便于作为同步整流设计的参考。最后,仿真和实验结果验证了该模型的准确性和有效性。     

双向全桥LLC谐振变换器的理论分析与仿真

将LLC谐振网络引入到全桥双向DC-DC变换器中,提出一种新型双向全桥LLC谐振变换器。该变换器主要由传统全桥双向DC-DC电路和LLC谐振网络组成。该电路可以在全负载范围内实现功率开关管的零电压开通关断和整流环节的零电流开通关断。文中介绍和分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并通过仿真验证了理论分析的正确性。     

光伏并网逆变中全桥LLC谐振技术的应用

传统家庭式光伏并网逆变器中的升压电源多采用脉宽调制(PWM)硬开关推挽升压技术,存在开关损耗大、转换效率低以及故障率高等缺点。针对上述问题,提出一种在家庭式光伏升压电源中应用全桥LLC谐振软开关技术的方法。分析了全桥LLC变换器中谐振元件的参数和变压器的设计;通过Saber仿真验证了理论参数的可行性;最后研制了一台250 W基于全桥LLC谐振结构并采用脉冲频率调制(PFM)的家庭式光伏升压电源样机。实验结果表明,该电源样机输入电压为20~40V可调,输出电压可恒定为360V;在整个输入电压范围内均实现了开关管的零电压开关(ZVS)。所提升压电源提高了光伏升压电源的效率,同时满足了节能减排要求。     

基于状态空间平均法的单相逆变器控制建模

论述了状态空间平均法的实质和一般步骤，应用状态空间平均法引出了一种线性时不变的、与负载扰动不相关的单相逆变器控制模型，指出了所得到的模型及其变种的用法特点。为验证状态空间平均模型的准确性。在一台单相全桥逆变器上进行了实验。实验表明，所得状态空间平均模型的精确性和可用性可以满足要求。     

微弧氧化电源多时间尺度控制系统的设计

首先确立微弧氧化(MAO)电源拓扑结构;然后研究MAO负载的等效电气模型,并得出不同阶段的负载模型参数,为MAO电源设计提供有效参数支撑;基于Buck电路小信号模型,建立移相全桥变换器小信号模型并推导相关传递函数,并针对电流和电压控制结合PI控制设计相应补偿环节;最后,以TMS320F2812为核心进行软件设计,使其产生MAO电源的触发脉冲,仿真和实验结果验证所研究的MAO负载等效电气模型的正确性和有效性。     

基于变压器双电容模型的光伏全桥LLC变换器共模干扰建模分析

LLC变换器可以在全负载范围内实现软开关,整体效率与功率密度更易得到提升,在以光伏发电形式为主的直流微网中得到广泛的应用。随着碳化硅等第三代半导体器件的渐渐普及,LLC变换器的工作频率越来越高,其高频变压器寄生电容对变换器共模干扰的影响愈发明显。现有针对变压器寄生电容的简化建模主要基于变压器内部绕组结构,使得集总电容模型的解析式较为复杂,不利于实际应用。对此,基于独立电压变量个数推导出一种适用于全桥LLC变换器共模干扰建模的变压器双电容模型,得到简洁易用的解析计算表达式,该模型可适配不同结构变压器,具有普适性。基于推导的双电容模型建立了全桥LLC变换器共模传导干扰模型,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提双电容模型和共模干扰模型的准确性。     

新型LLC谐振负载感应加热电源移相控制研究

为了提高电源效率,使电源输出额定功率,采用静电耦合的方法设计LLC谐振负载实现负载匹配,分析了LLC谐振负载的特性和负载匹配实现的原理以及感应加热电源控制变量的选取.另外,在LLC谐振负载的基础上,针对感应加热电源移相调功时,具有较大的开关损耗问题,提出了一种新型LLC谐振负载感应加热电源拓扑结构,该结构下逆变器开关器件基本上都能够实现软开关,给出了移相调功的工作原理和输出功率的分析计算,并通过仿真,验证了理论分析的合理性.     

无刷双馈电机在独立电源系统中应用的仿真研究

分析了无刷双馈电源系统变速恒频的运行原理,结合独立电源系统的特点,建立了系统在空载和带负载状态下的数学模型;对系统空载至负载、转速突变、负载突变等情况进行了仿真研究,分析了系统动态特性;通过仿真验证,可以实现变速恒频发电,而且通过电压的标量控制可以实现系统输出电压的恒定。     

弧焊电源的建模与仿真研究

采用状态空间平均法建立了全桥逆变式弧焊电源主回路的平均状态方程,经过线性化处理推导出频域小信号模型.并在MATLAB环境下,利用频域法分析主回路的动态性能,得到的仿真结果与实验结论相一致.对开关电源的理论分析和设计具有一定的参考价值.     

交错并联移相全桥全负载状态静态特性研究与优化设计

软开关移相全桥是目前在中大功率的开关电源系统应用广泛的一种拓扑结构。通过多电源模块的交错并联能够提高变换器功率等级,减小滤波器体积重量。本文应用小信号建模分析方法,研究了交错并联移相全桥软开关变换器在全负载状态的小信号模型,对比差分采样与电流传感器采样模型的区别,解释了电感电流的低频振荡问题的产生的原因,并提出解决方案。最后通过仿真和实验进行了验证。     

离子推进器屏栅电源稳压控制方法研究

为了解决离子推进器屏栅电源在负载突变过程中产生的过压、过流等问题,对LLC谐振变换器采用移相-变频控制(PS-PFM)稳定输出电压,当采样电压低于设定值下限时,进入变频控制模式,当采样电压高于设定值上限时,进入移相控制模式。实验证明,相比于常用的调频控制,移相控制的加入能够解决轻载或空载模式下的电压飘高问题,通过PID参数的调整,可以实现负载跳变时的稳定快速调节,使输出电压保持在设定值;通过PCB布局与磁性元件优化设计,所研制的原理样机在额定情况下效率高达98.9%,功率密度可达6.47×10⁶W/m³,在同等级的电源产品中具有优势。     

带恒功率负载的DC/DC变换器起动过程分析

以平均电流控制Buck变换器为研究对象,基于平均大信号模型,借助相平面法,对恒功率负载以及阻性负载的起动过程进行比较,分析了两种情形下的起动过程,揭示了变换器带恒功率负载起动过程存在两种类型:正常起动与限流工作状态,通过提高电流限流点可以确保系统集成后起动性能不受影响.仿真与实验结果验证了理论的正确性.     

BuckBoost变换电路DCM动态建模分析

以Buck-Boost电路为例,求解了变换器的平均模型及其线性化后的小信号模型。利用Simulink软件分别搭建状态平均方程等效电路、线性化小信号模型等效电路。通过动态模型仿真与开关器件电路仿真结果对比,验证了动态模型的正确性,讨论了断续电流模式(DCM)平均模型的适用范围与存在的缺陷。理论分析结果表明:大信号和小信号模型,在宏观时间尺度上,可以较好地模拟实际开关电路的动态特性。小信号模型只能用来求解扰动较小的情况,即当扰动过大时,小信号模型求解的误差将会很大。     

全桥软开关LLC变换器模型与设计

现代DC/DC变换器的发展趋势是高频率、高效率和高功率密度。基于电路拓扑结构,提出了全桥LLC谐振变换器的数学模型,推导了电压增益与负载的关系。基于最优转换效率和宽负载变化范围的转换关系,确定了谐振电路参数,并设计了一款全桥软开关LLC谐振变换器。仿真与实验结果表明,该设计从轻载到满载范围内效率均达到94%以上,开关频率提高到了兆赫兹级,功率密度达到2.4×107 W/m3,验证了模型的正确性。     

全桥软开关LLG变换器模型与设计

现代DC/DC变换器的发展趋势是高频率、高效率和高功率密度.基于电路拓扑结构,提出了全桥LLC谐振变换器的数学模型,推导了电压增益与负载的关系.基于最优转换效率和宽负载变化范围的转换关系,确定了谐振电路参数,并设计了一款全桥软开关LLC谐振变换器.仿真与实验结果表明,该设计从轻载到满载范围内效率均达到94％以上,开关频率提高到了兆赫兹级,功率密度达到2.4×107 W/m3,验证了模型的正确性.     

基于半桥LLC谐振的单级AC-DCLED驱动电路研究

针对传统两级AC-DC的LED驱动电路,研究1种带有高功率因数(PFC)单级AC-DC的LED驱动电源并介绍其工作原理。该单级AC-DC变换器是由前级PFC电路的Boost电感电流工作在断续模式,后级半桥LLC谐振电路经全桥整流输出脉冲电流驱动LED负载,同时集成两级电流为一级,实现电路高功率因数和稳定的输出波形。最后通过Saber仿真结果,验证了电路的可行性。