适用于高动态响应场合的五电平DC/DC变换器

提出了一种可用于高动态响应场合的五电平DC/DC变换器。该电路在飞跨电容三电平电路的基础上通过添加两个双向开关和两个飞跨电容构造中间电平。稳定的飞跨电容电压是电路工作的基础,当电路工作时,飞跨电容的电压可以通过调节与之对应的中间电平的导通时间比来调节。文中分析了该电路的工作模式、电容电压平衡原理。实验结果证明,该电路工作原理正确,可以正常工作。     

基于飞跨电感的高升压比级联式DC/DC变换器

高升压比DC/DC变换器在微电源并网、不间断电源以及车载电源等场合均有广泛应用。飞跨电感模块,既具有升、降压能力,又可以实现能量双向流动。利用多个飞跨电感模块输入、输出端串、并联组成共正极、共负极和不共地3种不同结构的级联式高升压比DC/DC变换器,其均可在较合适的占空比下维持较低的电流应力,获得高电压增益。模块间采用载波移相调制可以减小模块输入侧电流纹波、变换器输出电压纹波和输出滤波电容容值。详细介绍了飞跨电感模块和DC/DC变换器的结构及工作原理,并以其中不共地变换器拓扑为例通过仿真和实验验证了其正确性。所提变换器具有电压增益便于调节、扩容方便和应用范围广等优点。     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

悬浮式电容空间用三电平直流变换器拓扑研究

提出一种基于悬浮式电容空间用三电平直流变换器的拓扑,通过增加开关器件和电容箝位功能,降低了开关器件电压应力,有利于变换器工作在更高电压等级。同时给出DC/DC变换器升压和降压工作原理,实现了能量双向流动,并在此基础上完成了悬浮电容电压平衡控制策略,保证了输出电压稳定工作的同时箝位电容电压维持不变。最后搭建了悬浮电容DC/DC变换器实验平台,验证了拓扑的正确性和控制策略的有效性。     

三开关双Boost高增益DC/DC变换器研究

燃料电池、光伏发电及电动汽车高电压等级充电系统等应用场合需要高升压比DC/DC变换器,常见的非隔离DC/DC变换器的升压比较低,难以满足实际需求.针对这一问题,提出了一种三开关双Boost高增益DC/DC变换器的拓扑结构,具有结构简单、功率密度高的特点.在分析该变换器工作原理的基础上,利用状态空间平均法建立了变换器小信号模型,并设计了双闭环PI控制器.实验结果表明,所提DC/DC变换器升压比可达到8以上,适合宽输入电压范围和高增益的要求.在系统效率方面,与传统Boost变换器相比,所提出的三开关双Boost结构DC/DC变换器最高效率可达到95.18％,且在相同实验条件下,效率变化范围远小于传统Boost变换器.在双闭环PI控制系统下,该DC/DC变换器具有较好的鲁棒性.     

新型二次型高增益DC/DC变换器及特性研究

新能源发电系统普遍存在输出电压较低的问题,一定程度上限制了新能源的发展,因此研究一款高升压比的DC/DC变换器具有重要意义。为提高DC/DC Boost变换器的电压增益,在传统二次型变换器的基础上引入开关电容和开关电感技术,提出一种新型二次型高增益Boost变换器。详细阐述了新型变换器的拓扑结构和工作原理;获得了变换器的电压增益以及各个器件的电压应力,并与其他的高增益DC/DC变换器进行对比分析;最后采用SiC器件制作了一台实验样机,验证了理论分析的正确性。结果表明,提出的变换器具有高升压比、低器件应力等优点,实现了电压增益与器件应力的良好平衡,适用于新能源系统。     

一种新型准Z源三电平Boost直流变换器的研究

针对共地三电平Boost直流变换器的飞跨电容电压严重偏离1/2输出电压及准Z源Boost直流变换器的开关器件电压应力大等问题,提出一种新型准Z源三电平Boost直流变换器结构,并采取交错调制作为变换器控制策略,更好实现增益宽、电压应力小等特性;利用MATLAB软件,仿真验证了所提变换器可有效解决飞跨电容偏离1/2输出电压、开关器件的电压应力大于1/2输出电压等问题。     

一种适用于燃料电池车的高升压比DC/DC变换器

基于传统的半桥LLC谐振变换器,提出一种适用于输入低压大电流、输出高电压小电流的高升压比DC/DC变换器。变换器初级采用输入倍流结构,次级采用倍压输出结构,相比于传统拓扑,谐振电容电流应力和输出电容电压应力均减小一半。同时变换器增益增加了一倍。详细分析了变换器的工作原理,给出一套可行的设计方法。并基于TMS320F28335实现了变换器的数字控制。最后研制了一台额定频率为200 kHz的500 W样机,满载效率为95.8%。     

一种低电压应力高升压比DC/DC变换器的研究

随着“碳中和”、“碳达峰”日益受到关注,可再生能源发电并网技术得到迅速发展。高升压比DC/DC变换器作为新能源发电技术中的关键环节,受到了广泛的研究与应用。在Buck-Boost与Boost变换器级联的基础上,引入改进的电压举升技术,通过二者的组合变形,设计出新型的低电压应力高升压比DC/DC变换器。通过对提出的变换器进行工作原理分析以及各器件的应力计算,并与传统的Boost变换器、Buck-Boost与Boost级联变换器、改进型电压举升Boost变换器的升压比、开关管应力以及电容应力比较,对比可得此变换器具有升压比高,开关管、二极管和电容电压应力低等优点。可有效提升变换器的功率密度,降低开关管及二极管功率损耗,提升效率。最后通过采用SiC器件搭建一台实验样机,验证了理论分析的正确性。     

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5LANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。     

基于交错控制的三电平升压型DC/DC光伏控制器研究

提出了一种应用于非隔离光伏并网系统的前级DC/DC三电平升压型变换器及其控制方法。该变换器采用Boost三电平(Boost Three-level,Boost-TL)拓扑结构,分析了其工作原理,推导并建立了系统的数学模型。为了减小输出电压和电感电流纹波,提出了采用两开关管移相180°的交错控制策略。同时,针对直流母线中点电位不平衡问题,通过采取一种调整开关管导通时间的方法,实现了两输出电容电压的平衡。该变换器具有体积小、器件电压应力低和转换效率高的优点。最后,搭建了23 kW的实验平台,通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

一种交错并联高升压DC/DC变换器

针对燃料电池应用系统中电池输出电压低的问题,提出一种具备高增益升压能力的非隔离型DC/DC变换器,该变换器通过在传统Boost三端口网络中串入由二极管和电容构建的DCM ( di-ode-capacitor multiplier, DCM)升压单元来提高其输入输出增益。理论分析和实验结果表明,该变换器在提高输入输出增益的同时还具备以下优点：(1)开关器件电压应力低,可以选择更低导通电阻的开关管提高变换器工作效率;(2)所有二极管的电流电压应力均相等,有利于散热器设计;(3)输入输出增益可以通过DCM单元数来调节,方便根据输入输出工况做出合适的调整;(4)交错并联的输入形式,更适合于大电流输入的应用场合;(5)两相输入电流可以实现自动均流,控制方便。     

一种基于DCM单元的高升压非隔离型DC/DC变换器

为解决光伏发电系统中现有DC/DC变换器升压能力低、器件应力高的问题,提出一种高升压非隔离型DC/DC变换器。该变换器采用二极管电容倍增器(diode-capacitor multiplier,DCM)升压单元来提高变换器输入、输出电压增益,并通过DCM单元中电容的安秒平衡实现输入相的自动均流。对该变换器进行性能分析、仿真验证以及关键参数计算,并依据关键参数设计了额定功率为300 W的实验样机。实验结果表明该变换器具有以下优点:输入、输出增益高且可调节,适用于对增益要求不同的场合;器件应力低,方便选型,同时提高了变换器工作效率;输入相实现了自动均流,简化了控制策略。损耗分析结果表明,该变换器的理论效率在额定工况下达到93.6%。     

一种适用于电动汽车充电机的变压器钳位DC/DC变换器

为了减小电动汽车充电机谐波对电网造成的危害,很多充电机采用了三相输入功率因数校正(PFC)技术,造成充电机直流/直流(DC/DC)变换器的直流侧电压偏高.针对上述问题,提出了2种变压器钳位DC/DC变换器,并对基于串联谐振方式的变压器钳位3电平DC/DC变换器作了详细的分析.该变换器利用变压器钳位,无需辅助元器件,每个主开关电压应力是输入电压的一半,输入分压电容上的电压自动均压,大大降低了输入分压电容的容量要求.文中对变压器的钳位原理进行了分析,并通过一个6 kW的原理样机进行了实验验证.     

一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。     

一种飞跨电容型多电平逆变器电容建压方法

提出一种飞跨电容多电平逆变器(flying capacitormultilevel inverter,FCMLI)的电容建压方法。FCMLI进入稳态工作前,各飞跨电容电压需有效充电至所需电平值,并保证该过程中,电压、电流应力不超过可承受范围。利用FCMLI原有高压输入及电路内蕴Buck电路建压的方法,不能满足电压应力的要求。利用电路自身构造以飞跨电容为输出的逆向Boost DC/DC变换器,在原输出侧新增低压电源输入,可对各飞跨电容进行高频脉宽调制(pulse widthmodulation,PWM)充电,且各飞跨电容建压严格依据电平大小次序进行,使器件电压应力始终不超出最小电平。电压、电流双闭环控制策略的使用,能同时控制电流应力。该方法在满足功能性与应力要求的同时,基本不改变FCMLI原有电路,新增硬件开销小,具有灵活适应性。以五电平情形为例进行仿真与实验,验证了以上分析的正确性。     

DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

多电平直流变换器中飞跨电容电压的一种控制策略

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串联的各开关管之间均分，以降低各开关管的电压应力。合适的飞跨电容电压是保证多电平直流变换器正常工作并具有良好性能的关键。文中提出一种新颖的控制飞跨电容电压的方案，该方案首先将输出电压与飞跨电容电压解耦，使得控制飞跨电容电压的同时不影响输出电压的调节。继而对飞跨电容电压进行解耦控制，采用这种控制方案有利于分别独立设计各个飞跨电容电压和输出电压的控制闭环。此控制方案通过四电平直流变换器进行了实验验证。     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。