考虑补偿环路谷值电流控制Boost变换器的稳定性分析

在闭环情况下,除了占空比影响谷值电流(VCM)控制开关变换器的稳定性,补偿环路反馈增益和输出电容等效串联电阻(ESR)也对其稳定性产生影响。本文以比例积分(PI)补偿VCM控制Boost变换器为例,建立了其二阶分段线性模型。基于该模型,本文通过分岔图研究了PI补偿VCM控制Boost变换器随反馈增益和输出电容ESR变化的稳定性机理。结果表明,增大反馈增益将降低变换器的稳定性,而增大输出电容ESR将提高变换器的稳定性。电路仿真结果和硬件实验结果验证了理论分析的正确性。     

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益，减小开关管电压应力，将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型，并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理，结合参数共振微扰与电荷控制的优点，设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明，开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围，并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态，提高了变换器的工作性能和稳定性。     

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。     

一种基于输入/输出反馈线性化的Boost型DC/DC变换器非线性控制方案

针对Boost型DC/DC变换器以电容电压作为输出时存在非线性和不稳定的零动态,从而导致系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于输入/输出反馈线性化提出一种新的非线性控制方案。这一控制方案采用以非线性控制的电感电流作为内环、具有PI控制的电容电压作为外环的串级结构。该方案既可以很好地解决以电容电压作为输出进行直接控制时所存在的不稳定零动态问题,又克服了单纯采用电感电流作为输出间接控制电容电压时易受电源波动和负载变化影响的不足。对自制的样机进行实验研究,结果表明,与传统的PI控制方案相比,该方案可以明显改善Boost型DC/DC变换器的诸如输出电压调节范围、稳态静差、动态调整时间等动、静态性能。     

峰值电流控制二次型Boost变换器

二次型Boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注.与传统Boost变换器相比,二次型Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性.本文提出将二次型Boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策略,简化了控制环路设计.实验结果验证了峰值电流控制二次型Boost变换器具有瞬态...     

光伏系统中ASI Boost变换器的稳定性分析与控制

有源开关电感(active switched-inductor,ASI)Boost变换器因其高电压增益,低开关应力等优点在光伏系统领域具有广阔的应用前景.对此光伏系统高增益变换器在峰值电流模式控制下的稳定性进行研究,建立其离散映射模型并分析电路参数变化对变换器稳定性的影响,通过Jacobian矩阵分析特征值揭示系统失稳机理.基于参数共振微扰原理,设计了一种适用于峰值电流模式控制的稳定控制方案——单周期复位积分补偿,研究结果表明此方案不仅使失稳系统重回稳态,在瞬态响应速度、输入电流及输出电压纹波等性能上也优于斜坡补偿、正弦补偿等控制.     

基于纹波补偿的恒定导通时间控制Buck变换器

针对恒定导通时间(COT)控制的Buck变换器,在输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)较小时出现次谐波震荡问题,提出了一种基于纹波补偿的恒定导通时间控制技术。通过引入输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)的纹波电压补偿,使反馈电压的纹波得以增强,从而改善系统的稳定性。仿真和实验结果表明,采用提出的方法,当输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)较小时,系统仍然具有较强的稳定性。     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象及其抑制技术

揭示并分析了连续导电模式(CCM)脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器中输出电压低频波动现象及其形成机理,提出了一种应用电感电流纹波注入反馈(ICRIF)法来抑制该现象的技术。结果表明,输出电容串联等效电阻(ESR)是影响PSM CCM Buck变换器控制性能的关键参数。选用较小ESR输出电容时将引发输出电压低频波动;而选用较大ESR输出电容时可抑制该现象,但输出电压纹波仍然很大。利用ICRIF法,可以抑制低ESR输出电容时的低频波动现象,还可以有效降低输出电压纹波。电路实验结果验证了理论分析和电路仿真的正确性。     

一种宽工作范围Boost电路的滑模变结构控制策略研究

由于Boost变换器自身非线性以及非最小相位的结构特点,传统PI控制器能够保证Boost变换器在所设计的额定工作点附近稳定工作,并取得良好的动态和稳态性能。当Boost变换器的工作状态与额定点发生较大偏差时,其稳定性就无法保证。因此针对Boost变换器在偏离额定工作状态下的稳定性以及动态性能不足的问题,提出了一种滑模变结构控制与PI控制器相结合的控制策略。内环为采用电感电流为反馈量的滑模控制器,外环采用以输出电容电压为反馈量的PI控制器,并在滑模控制器中引入指数趋近律改善性能,提高了Boost变换器在宽范围工作下的稳定性和动态性能。基于Boost变换器模型,针对所提出的控制策略进行控制器参数设计,最后通过仿真与实验验证了控制策略的可行性与有效性。     

基于电流内环的一种逆变器控制策略研究

比较了几种电流内环控制的方法,提出了基于电感电流反馈的SPWM电流控制型双环控制策略。针对输出电压对电流环的交叉反馈作用,通过采用电容电压解耦方法,削弱了电容电压对内环的影响;针对负载电流扰动对电压外环的影响,采用负载电流前馈补偿方法,很大程度上增加了系统对负载电流扰动的抑制能力;针对电压外环的PI调节器存在的相位滞后,提出了基准电容电流前馈补偿方法,理论上达到输出电压与基准正弦给定的零相差。通过仿真和实验,证实了本控制方案的可行性和优越性。     

电压源变换器接入电网的小扰动稳定机理分析

研究了基于矢量控制的电压源变换器(VSC)接入电网的小扰动稳定问题。基于VSC接入无穷大系统的详细模型,针对不同控制模式,分别对平衡点的存在性、稳定性进行了分析,系统地总结了VSC小扰动失稳的不同机理。系统中发生鞍结点分岔会导致平衡点消失而失稳,且存在以下几种机理：输出电流过大会导致锁相环(PLL)失去平衡点,对应PLL失去同步,单独的PLL失去同步可能发生在切除外环控制、采用内环定电流控制的情况下;输出有功过大会导致功率外环失去平衡点,当无功外环采用定无功功率、定交流电压控制时,分别对应电网的静态电压、功角失稳,而且失稳后电流增大一般也会引发PLL失去同步。在平衡点存在的情况下,系统振荡模式中包含低频振荡模式和次同步振荡模式,系统也可能发生Hopf分岔而出现振荡失稳。低频振荡模式主要由外环控制主导,次同步振荡模式则由PLL、电流环和线路动态主导。平衡点的存在性不受VSC控制参数的影响,只受网络参数、VSC工况的影响,而平衡点的稳定性和VSC控制参数有关。     

电压反馈型Boost变换器DCM的精确离散映射及其分岔和混沌现象

建立了电压反馈型Boost变换器不连续运行模式 (DCM )下的精确离散映射 ,在此基础上分析了电压反馈系数K与Boost变换器分岔稳定性关系 ,精确地界定了K的稳定工作范围 ,进而仿真和实验研究了Boost变换器的分岔和混沌运动 ,为一般DC/DC变换器分岔、混沌现象的建模和分析提供了一种可供借鉴的方法     

谷值V2控制Boost变换器原理及稳定性分析

分析了Boost变换器的输出电压纹波,将谷值V2控制技术应用于Boost变换器。详细分析了谷值V2控制Boost变换器的工作原理,讨论了系统的稳定性,研究了斜坡补偿对其稳定性的影响。搭建了基于PSIM软件的仿真模型和实验平台,仿真及实验结果表明:工作于连续导电模式的谷值V2控制Boost变换器稳定工作范围为占空比大于0.5;在占空比小于0.5时会发生次谐波振荡,该次谐波振荡可以通过加入适当的斜坡补偿有效地消除。     

一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器的研究

光伏、燃料电池等发电系统的输出电压等级较低且输出电压不稳定,需要通过高增益Boost变换器把较低等级的直流电压进行升压以满足并网要求。提出一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器,在传统二次型Boost变换器的基础上引入开关电容单元,提高了变换器的升压能力,实现了以较小的占空比获得较大的电压增益,拓宽了输入电压范围。同时,该变换器改进了传统二次型Boost变换器开关管和二极管电压应力过大的缺点,减小了开关管的导通损耗和二极管的反向恢复损耗。另外,该变换器还有输入电流连续、输出电压纹波小的优点。分析了该变换器的工作原理及工作特性,在理论研究的基础上搭建了一台12 V/60 V的实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性。     

双闭环控制的改进二次型Boost变换器及稳定性分析

针对光伏电池输出电压低、波动范围大等问题,引入高增益DC/DC变换器,将光伏电池输出的低电压变换为稳定的直流侧高电压,从而满足光伏发电并网要求。在传统二次型Boost变换器的基础上,将开关电感与开关电容的拓扑相结合,提出改进二次型Boost变换器,并对其工作原理、关键器件波形进行分析,所提出变换器的输出电压增益比二次型Boost变换提高两倍,开关器件的电压应力降为输出电压的一半。为了保证输出电压的稳定,提出了电感电流内环、输出电压外环的双闭环控制策略,并利用小信号分析方法证明控制参数设计的合理性,搭建MATLAB/Simulink仿真模型,通过输入电压突变、输出电压突变、负载突变等三种工况来验证所提变换器的可行性。     

一种离网型并联逆变系统鲁棒电压控制方法

针对带非线性负载的离网型并联逆变系统,设计了一种鲁棒电压控制方法。该电压控制采用串级结构:电压反馈补偿环节、电流跟随内环、比例-谐振-微分(PRD)电压控制外环。电压反馈补偿环节和电流跟随内环实现逆变滤波系统的降阶,便于外环控制器的设计;PRD电压控制外环对基波和特征次谐波分量采取并行准谐振控制,微分环节可进一步降低闭环系统阶次。所提鲁棒电压控制方法无需引入额外负载电流反馈补偿项,便可实现抵抗负载电流扰动,实现高精度电压跟随效果,避免补偿项采样和计算延时引起的低鲁棒性问题。实验结果表明:所提出的鲁棒电压控制方法能够提高并联逆变系统的功率均分效果,降低逆变系统之间的环流,具备抵御非线性负载扰动的能力。     

具有开关电容单元的电感集成Boost变换器

为提高传统Boost变换器的电压增益,降低开关管电压应力,减小变换器损耗,将开关电容和开关电感应用在传统Boost变换器中,提出一种具有开关电容单元的电感集成Boost变换器。利用开关电感与开关电容替代传统Boost变换器中的储能电感与滤波电容,并对开关电感进行了耦合集成。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,并研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益的影响;分析了开关管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Boost变换器相比,具有开关电容单元的电感集成Boost变换器的电压增益增加一倍,开关管电压应力减小了一半,电流纹波减小接近1/2。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电容单元的电感集成Boost变换器具有优良的综合性能。     

I~2控制Buck变换器稳定性的研究

研究了电感电流检测电阻对电流模式控制开关变换器稳定性的改善作用。以I2控制Buck变换器为例,建立了含有输出电容等效串联电阻ESR(equivalent series resistance)的二阶离散迭代映射模型。在此基础上,通过分析输出电容时间常数和电感电流检测电阻变化时的分岔图、特征根轨迹、最大Lyapunov指数、稳定边界,深入研究了电感电流检测电阻对变换器动力学特征的影响。研究结果表明,增大电感电流检测电阻,可以使变换器在较小输出电容时间常数时稳定工作,拓宽稳定工作范围。最后,通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。研究结果可以推广到其他开关变换器,对开关变换器的设计和优化具有指导意义。     

恒定导通时间电容电流控制Buck变换器研究

由于输出电容电压相位滞后电感电流相位,当输出电容等效串联电阻(ESR)较小时,恒定导通时间V~2(V~2-COT)控制Buck变换器将工作在不稳定状态。针对该问题,提出开关变换器的恒定导通时间电容电流(CC-COT)控制技术,并阐述了其工作原理。通过基于描述函数法建立的小信号模型和Routh-Hurwiz判据,研究CC-COT控制Buck变换器的稳定性。研究结果表明,CC-COT控制技术具有快速瞬态响应速度,且不存在因输出电容ESR较小而引起的不稳定现象。     

用于可再生能源发电的改进的平方型Boost变换器

首先将传统Boost变换器的输出电容与直流电源叠加,研究了一种改进的平方型Boost变换器(Modified Quadratic Boost,MQ-Boost),该变换器适用于可再生能源发电。该变换器的输出电容与直流电源叠加,直接向负载提供能量,既提高了电压增益,又有利于改善变换器的效率。其次,通过理论分析,在MQ-Boost变换器的输入端增加一个较小的辅助电感,建立了低输入电流纹波MQ-Boost变换器,理论上可以实现零输入电流纹波的效果。最后,详细分析了该变换器在CCM模式下的工作原理和工作性能,并搭建了原理样机,进行了实验验证。