V2控制Cuk变换器建模与瞬态性能分析

将具有快速瞬态响应的V 2控制技术应用于Cuk变换器,分析了V 2控制Cuk变换器工作于电感电流连续导电模式(CCM)的原理.利用时间平均等效建模方法,推导包含输出电容等效串联电阻(ESR)的CCM Cuk变换器主电路传递函数.在此基础上,建立V 2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的精确小信号模型,详细推导控制-输出传递函数及输出阻抗,并从频域角度对比分析V 2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的瞬态特性.建立V 2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的时域仿真模型和实验电路,通过仿真和实验对比分析两种变换器的稳态和瞬态性能.研究结果表明:V 2控制与峰值电流控制CCM Cuk变换器具有相同的稳态性能;相比于峰值电流控制,V 2控制CCM Cuk变换器具有更快的负载响应速度.     

具有最优动态响应的PWM型DC-DC变换器非线性控制新策略

提出一种新颖的PWM变换器非线性控制新策略，通过引入一个非线性积分器，并采用等间隔反向线性复位法，强制被控开关变量平均值在每一个完整的开关周期中严格等于控制基准，彻底解决了因电力电子器件开关时间导致的开关误差，实现变换器在输入电源变化时的零稳态误差。利用带自动积分限幅功能的控制器，在电感电流连续或不连续模式、以及临界状态下，系统均能稳定可靠的工作。利用带双前馈补偿的控制器，变换器对负载扰动的抑制能力显著改善，系统动态响应实现了工程最优动态响应。新策略具有良好的通用性，适用于各种硬开关或软开关方式的Buck、Cuk、半桥或全桥变换器，以及由他们派生出来的其他变换器。     

带零电压转换软开关的新型单相单级隔离式Cuk开关电源

针对Cuk变换器在硬开关工作模式下开关损耗大、传输效率低、di/dt和du/dt较大以及电磁干扰严重等不足,研究了一种基于零电压转换(ZVT)软开关技术的隔离式Cuk变换器系统。详细分析了隔离式Cuk变换器的软开关工作过程,计算了变换器和ZVT软开关电路的参数,研制了一台额定输出功率为500W的带ZVT软开关的新型单相单级隔离式Cuk高频开关电源样机。实验结果表明:变换器中的开关管均工作于软开关模式,与硬开关工作模式相比,有效减少了开关损耗,减小了di/dt和du/dt,降低了电磁干扰,提高了开关变换器的效率,从而验证了本文提出的方法和参数设计的合理性。     

新型无源无损软开关Cuk变换器的研制

针对传统的无源有损(RLD/RCD)Cuk变换器开关损耗高、开关瞬间电流与电压尖峰大和系统转换效率低的不足,研究了一种新型的无源无损软开关Cuk变换器。分析了变换器的工作原理,详细阐述了各阶段工作模态,设计了电路的参数,并最终研制了一台400W的实验样机。实验结果表明,该变换器实现了开关管的零电流开通和零电压关断,可有效降低开关损耗,减小开关瞬间电流与电压尖峰和提高系统转换效率。     

磁集成开关电感/开关电容高增益Cuk变换器

传统Cuk变换器的电压增益范围较小、开关管电压应力较大、电感电流纹波较大。在此针对这些缺点提出了一种基于开关电感/开关电容的磁集成高增益Cuk变换器。分析了变换器的工作模态并给出变换器主要工作波形,推导出了变换器电压增益、开关器件的电压应力和电感电流纹波的表达式。新变换器与传统Cuk变换器相比,电压增益提高了2(1+D)/D倍,电感电流纹波明显减小,同时减小了变换器的体积,并设计了变换器的集成磁件。通过仿真和实验验证了理论的正确性。     

单周期控制Cuk变换器的一种实现策略及降频现象分析

开关变换器的单周期控制技术具有动态响应快、跟踪性能好、控制简单等特点。该文在考虑了Cuk变换器启动过程及全局稳定性的基础上,采用固定占空比控制与单周期控制相结合的策略,实现了Cuk变换器的单周期控制。同时也对控制模式切换点选择不当时出现的降频现象进行了分析。仿真和实验结果证明了分析的正确性和控制策略的有效性。     

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。     

推挽正激移相式双向DC-DC变换器研究

为了提高双向DC-DC变换器的动态响应特性,并降低电路拓扑中开关管电压应力、提高系统功率密度,本文通过详细分析推挽正激电路工作原理、环流问题以及箝位电容选择依据,提出结合移相式BDC与推挽正激电路提高DC-DC变换器的动态响应特性以及整体性能。电路拓扑中的ZCT方案实现了主开关管ZCS关断,更容易实现软开关,降低电流应力,减少损耗,提高系统功率传输能力,更加适用于中等功率场合。     

交错并联磁集成开关电感/开关电容Cuk变换器

为了提高传统的Cuk变换器的电压增益、电压传输效率、输出电流纹波,同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成技术和交错并联技术应用到传统的Cuk变换中,提出了交错并联磁集成开关电感/开关电容Cuk变换器的拓扑。通过采用开关电感/开关电容结构替换传统变换器中的电感与电容的方式,采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数,能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

一种高增益Cuk变换器

为了提高传统Cuk变换器的电压增益和变换器工作效率、同时减小电流纹波和变换器的体积重量。提出一种适用于光伏发电系统的高增益Cuk变换器。利用带有自举电容的开关电感单元替代传统Cuk变换器中的输入电感,并对开关电感单元与输出电感进行了磁集成。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;分析了二极管与开关管电压应力的大小,给出了电感耦合度的设计准则。给出了高增益Cuk变换器集成磁件设计方案,并给出了设计方法。与传统Cuk变换器相比,高增益Cuk变换器的电压增益提高了2倍。仿真与样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明提出的高增益Cuk变换器具有优良的综合性能。     

一种降低输入纹波电流的Cuk变换器新型电压定值控制方法

直流微网因具有更好的可控性和可靠性得到广泛关注和深入研究。考虑到不同电压等级的分布式电源及负载的高渗透率接入直流微网,需要借助直流变换器进行升降压变换和功率分配。由于Cuk变换器易于实现升降压转换和系统集成,所以更加适合于直流微网建设。针对Cuk变换器的输入纹波电流较大这一客观事实,在动力学方程基础上提出一种降低输入纹波电流的新型电压定值控制方法,保证其满足对电能质量要求较高的应用场合,并通过仿真实验验证了方案的可行性和有效性。     

全桥电流源高频链逆变器

全桥电流源高频链逆变器基于Flyback变换器,由全桥高频逆变器、高频变压器和周波变换器三部分组成。其高频变压器不仅能实现电隔离和电压增益的调整功能,而且还能存储能量。该逆变器解决了电压源高频链逆变器固有的电压过冲问题,降低了周波变换器的开关损耗,简化了高频变压器的结构,减低了逆变器的开关电压应力。本文介绍了其拓扑结构、工作原理、控制方案和简要的设计。仿真结果和样机的实验结果证明该逆变器具有下述优点：紧凑的拓扑结构、简单的控制方案和高频变压器结构、良好的动态响应、带非线性负载能力和低开关电压应力。     

电流型Cuk变换器稳定运行的参数域预测

研究了电流型Cuk变换器中各个分岔参数之间的关系，利用输入电压和开关周期对参数空间进行参数归一化的降维处理，建立参数空间降维后的DC-DC变换器的频闪映射模型，基于能量守恒原理得到电流控制型Cuk变换器稳定运行的参数域预测的解析表达式。以Cuk变换器为例，利用数值模拟和电路实验研究了Cuk变换器中出现的分岔和混沌现象。研究结果表明，占空比 是描述DC-DC变换器的一个本质量，它更能反映系统非线性动力学行为的本质特性。     

扩展移相控制的双有源桥DC-DC变换器的优化控制策略

该文将扩展移相控制下的双有源桥DC-DC变换器分为0≤D_1≤D_2≤1与0≤D_2D_1≤1两种工作模式,分析扩展移相控制下的电流应力特性与零电压导通特性,推导在此控制方式下全功率范围内实现最小电流应力的优化方案,该方案能使所有开关管在全功率范围内实现零电压导通。对比该方案与现有的扩展移相控制方案、双重移相控制方案、三重移相控制方案的电流应力优化效果与零电压导通特性。同时,该文将双有源桥DC-DC变换器的稳态性能与动态性能的优化相结合,为增强其动态性能,提出环内直接功率控制方案,该方案与最小电流应力控制方案同时作用,当运行状况发生变化后,在保证对电流应力优化的同时,能实现快速的动态响应。最后通过实验结果验证该方案的有效性。     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

降压型变换器动态响应特性分析

根据降压型开关变换器的工作原理,利用状态空间平均法以及欧拉公式建立了降压变换器的动态响应小信号数学模型,根据模型分析了降压型开关变换器的动态响应特性,探讨了动态响应的时间与器件之间的关系,依据小信号数学模型设计了补偿校正网络对动态响应进行改善,补偿后系统良好的动、静态性能验证了数学模型的准确性.     

一种新颖的光伏发电系统Cuk型软开关变换器的研究

提出了一种新型的Cuk型零电压转换(ZVT-PWM)软开关变换器,实验验证了该变换器可以实现主开关管和辅助开关管的软开关功能,而且主开关管不受最小占空比限制,辅助二极管反向恢复电流损耗小,这对整个系统效率的提高十分有益。     

一种高升压比软开关DC/DC变换器的研究

Cuk变换器因其输入、输出电流连续且脉动小等优点,在一些对输入、输出电流纹波要求较高的中小功率场合,得到了广泛应用。在隔离型Cuk电路的基础上,提出了一种具有高升压比的新型软开关电路,该电路具有高升压比的特点,且所有开关管均工作在软开关状态,特别适用于光伏板、蓄电池和燃料电池等低电压输入的应用场合。对该变换器的工作原理进行了详细分析,并通过实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

交错并联磁集成软开关技术可以减小变换器输出电流纹波,提高动态响应,减小开关损耗。介绍了一种交错并联磁集成双向DC/DC变换器电路拓扑结构,该变换器具有开关器件电压应力低,输入输出电压变比大的优点。分析了变换器在Boost和Buck模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程,获得了稳态电压增益,通过等效电感分析了输出稳态纹波与动态响应和集成电感耦合系数的关系,并给出了设计范围,利用阵列式磁芯设计了耦合电感,并给出了设计方法。采用交错并联磁集成技术,减小了输入输出电流纹波;给出了软开关的实现条件,可以实现所有开关管的零电压开关(ZVS)导通,减小了开关损耗。研制了原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。     

多级脉冲序列控制Boost变换器

针对开关DC-DC变换器的非线性控制问题,提出多级脉冲序列控制方法,并对工作于电感电流断续模式的多级脉冲序列控制Boost变换器进行分析。多级脉冲序列控制策略通过在若干连续开关周期内,产生能量等级不同的控制脉冲信号所组成的脉冲序列,实现对DC-DC变换器功率电路的控制。分析了多级脉冲序列控制的基本原理和工作过程,并对多级脉冲序列控制断续工作模式Boost变换器进行了稳态工作特性分析和稳定性分析。与已有的脉冲序列控制相比,采用多级脉冲序列控制的Boost变换器在具有快速动态响应能力的同时,能够有效减小稳态工作时的输出电压纹波。仿真和实验结果验证了控制策略的可行性以及理论分析的正确性。