一种简洁高效的辅助谐振极逆变器EI北大核心CSCD

针对辅助谐振极逆变器存在的辅助换流回路结构复杂,逆变器总体效率不高的问题,提出一种简洁高效的辅助谐振极逆变器,所提逆变器的主开关管和辅助开关管公用一套谐振元件完成软开关动作,简化辅助换流回路的结构,降低主开关管的电流应力,减小辅助换流回路中无功能量转化造成的损耗和主开关管的导通损耗,使逆变器达到了简洁高效的目的。根据不同工作模式下的等效电路图,分析逆变器的工作原理,提供该逆变器的软开关实现条件以及最佳参数设计方法。最后,使用IGBT作为开关器件制作一台10kW/16kHz实验样机,实验结果验证所提逆变器具有简洁高效的特点。     

软开关交错反激光伏并网逆变器

提出一种应用于单个光伏组件的软开关交错反激并网逆变器拓扑及其软开关控制策略。针对反激变压器漏感问题,提出漏感能量吸收回馈电路,实现了漏感能量吸收再利用,并实现了开关管漏源电压的钳位,提高了变换效率同时降低了开关管关断电压尖峰;提出基于数字处理器的反激变换器变开关频率谐振软开关控制策略,实现了开关管的零电压开通,同时改善了逆变器的电磁兼容特性;提出的交错并联反激逆变器有助于减小变压器和滤波器的体积,提高功率密度。详细分析变换器的工作原理,分析变开关频率谐振软开关控制方式的原理和实现条件,最后进行实验验证。     

中间电流型双管正激式光伏微逆变器

为克服现有光伏微逆变器电压应力高、结构较复杂的缺点,提出了一种中间电流型双管正激微逆变器。该变换器中所有开关都可实现软开关,并消除了变压器副边整流二极管的反向恢复损耗。分析了所提微逆变器的工作原理,并得到了微逆变器的最大占空比、占空比的预置值、开关管的电流应力以及无源元件参数。建立了所提微逆变器的实验样机,实验结果验证了所提微逆变器具有优良的性能。     

单相中点箝位开关电容多电平逆变器及其控制

提出一种单相电压源中点箝位开关电容多电平逆变器,该逆变器利用直流母线箝位电容对电源电压进行分割,通过控制电源与电容的串并联实现逆变器多电平输出,并且可以通过扩展进一步提高逆变器的输出电平数量和电压增益。为实现电容的电压平衡,同时降低其电压纹波,逆变器的调制过程考虑了开关的冗余状态,且开关管之间互补工作,调制策略简单。对所提逆变器的工作原理、调制策略、电容电压及相关参数进行了详细分析,并给出了拓扑结构的扩展方法。最后,分别通过仿真和实验,对所提逆变器的稳态性能和动态性能进行了验证。     

一种基于开关电容的单电源升压型六电平逆变器

针对现有开关电容型多电平逆变器存在拓扑结构复杂、器件数量较多、电容电压不平衡以及电压应力较大等缺点,提出一种新型的基于开关电容的六电平逆变器。该电路拓扑由6个功率开关、1个直流电压源和3个电容组成,可以产生2.5倍升压增益的六电平输出电压。此外,由于电容由输入直流电压源直接充电至固定电压,因此电容电压能够实现自动平衡。对所提逆变器的工作原理、PWM调制策略以及电路参数等方面进行详细分析,同时还对该逆变器与现有多电平逆变器进行了对比研究。最后采用Matlab软件建立了仿真模型,仿真结果验证了所提电路的有效性和可行性。     

一种可抑制共模电压的H14三电平光伏逆变器

为了减小共模电压对光伏系统的不利影响,文中提出了一种新型的三相逆变器拓扑(H14拓扑)及其控制方法,阐明了H14逆变器的工作原理,分析了H14逆变器各运行模式下各开关状态对应的共模电压,设计了基于开关函数的H14逆变器控制方式,实现了共模电压的有效抑制。对H14逆变器的共模电压、相电流、中点电位、线电压进行了分析,实验验证了所提拓扑结构及其控制方法对共模电压抑制的有效性。     

基于改进SPWM控制的新型单级BUCK-BOOST逆变器

提出了一种新型的单级串联谐振型Buck-Boost逆变器，它能在一个功率级内产生峰值高于或低于输入直流电压的正弦交流电压。文中详细分析了所提逆变器的工作原理，并利用状态空间平均法建立了系统数学模型。基于断续导电模式，所提逆变器拓扑利用串联谐振单元实现所有开关的零电流开通和辅助开关的零电流关断，减小了开关损耗，提高了系统效率。为了改善逆变器的输出特性，提出一种改进的SPWM控制方法，该方法采用带直流偏置的正弦调制波，消除了线性近似法所导致的输出电压波形过零点附近的畸变。通过一台1kW原理样机的实验结果，验证了该变换器的优点和改进SPWM控制方法的有效性。     

电流型降压桥式伪直流环节微逆变器

随着单块光伏电池输出功率越来越高,以反激电路为基础的传统光伏微逆变器难以达到高效率,因此桥式电路为基础的微逆变器越来越受到重视。提出一种电流型降压桥式伪直流环节微逆变器。推导了能量缓冲电感的选择方法,得到了其中各开关器件的电流应力。对所提微逆变器与传统反激式微逆变器在开关管的导通损耗、二极管的导通损耗、伪直流环节滤波效果、开关损耗方面做了详细比较,所提微逆变器综合新能优于传统微逆变器。200 W样机的实验结果证明所提微逆变器性能优良。     

适用于微电网的软开关型高效光伏并网微型逆变器

针对光伏并网小功率逆变器应用场合,提出一种能实现软开关的两级式微型逆变器,其前级采用有源箝位正反激变换器电路,通过箝位电路实现主开关管漏源极电压箝位,利用漏感电流为主开关管结电容放电实现零电压开通;后级采用基于临界电流连续控制的传统单相全桥逆变器,通过控制电感电流双向流动,实现开关管的零电压开通。搭建的250 W并网逆变器样机验证了所提方案的可行性和正确性。结果表明基于软开关控制方式的微型逆变器能大大提高效率,适用于微电网中光伏并网微型逆变器等功率较小的应用场合。     

低应力高电平开关电容逆变器及其调制策略

为了提高可再生能源发电系统中逆变器的升压能力并改善输出电能质量,该文提出一种低应力高电平开关电容逆变器.所提拓扑使用1个直流电源、3个电容和15个开关器件实现4倍电压增益和十七电平交流电压输出.与其他拓扑相比,所提逆变器能以较少的开关器件产生更多的电平,有效地降低了逆变器的输出谐波含量;无需后端H桥即可实现逆变过程,有效地降低了开关器件的电压应力.此外,所提逆变器的电容电压纹波小,且电容电压自平衡的优点简化了控制器的复杂度.该文详细给出所提逆变器的拓扑结构、工作机理与调制策略,分析电容电压纹波计算,并与其他类似拓扑结构进行对比,最后通过实验证明了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性.     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

可调节有功无功的双Buck逆变器控制算法

目前,轻型直流输电网络中的电压源变流器使用了较多的高频开关器件,导致成本高,损耗大,限制了其实际应用。一种新型的Buck型电压源逆变器(BVSI)由一组双Buck变流器和一个工频逆变桥组成,只需采用两个高频开关,因而可降低系统成本,具有很大的技术和经济优势。文中提出了基于单周控制理论就可实现双Buck逆变器有功功率和无功功率单独调节的算法。推导出了基于单周控制思想的控制方程。运用简单的控制电路就可实现交流侧有功功率与无功功率的控制。另外对该算法进行了详细的仿真研究,仿真结果证实了该算法的正确性。     

具有高增益的双相直流变换器设计

为了获得较高的电压增益,减小开关管的电压、电流应力,将2个中间储能电容与传统双相BOOST升压电路相结合,研究了一种具有高电压增益的新型双相BOOST电路拓扑。该电路具有以下明显的特点:在相同占空比的情况下能有效提高变换器升压增益,可实现更大的功率变换;主开关管和所增加二极管的电压应力只有输出电压的一半,因此对相同功率级的升压电路,不仅可以选择低耐压、高性能的开关器件,而且可以降低电路的损耗。详细分析了新型双相BOOST变换器的工作原理,制作了1台额定功率为1kW原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。结果表明,所提出的新型双相BOOST变换器性能优良,结构简单,具有实用价值。     

An FPGA-based switching photovoltaic-connected inverter topology for leakage current suppression in grid-connected utilizations

This study presents a symmetrical photovoltaic (PV)-connected inverter topology for eliminating the common-state leakage current in grid-connected inverters. A new inverter topology is introduced that minimizes the leakage current, increases efficiency, and is economically viable because it consists of six power switches and two power diodes that, compared with similar ones, consist of the same element numbers. In this inverter, power losses are lower than popular topologies such as H5, H6, and HERIC, and the voltage stresses of the switches are reduced. These features are due to the unique composition of the inverter branches and the location of the switches and diodes and the formation of a suitable freewheeling path for the current. The freewheeling path separates the alternating current (AC) side from the direct current side in the converter and cuts off the PV array leakage current to the AC grid. This will improve network reliability indices and maintain conservation standards. Finally, the content of this method is validated by comparing the proposed inverter with the existing conventional topologies. A prototype has been implemented for the performance analysis of the proposed inverter and results presented.     

一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器

针对谐振极型零电流软开关逆变器的拓扑电路的辅助开关较多所导致的逆变器体积大、成本高、效率低以及控制策略复杂等问题,提出一种结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器拓扑电路,逆变器的每一相仅使用了1个辅助开关、1个谐振电感、1个谐振电容和2个辅助二极管来完成电路谐振。因此,该拓扑电路可以减小逆变器体积,降低成本,简化控制策略和提高效率。分析了逆变器在不同模式下的工作原理,给出了软开关实现条件和实际参数设计过程,建立了辅助电路功率损耗的数学模型。制作了一台2 k W的单相实验样机和一台6 k W的三相实验样机,实验结果表明该逆变器的主开关和辅助开关器件都可以实现零电流软开关。该软开关逆变器可以降低损耗和提高效率。     

基于反激变换器的单级式DC/AC逆变器

单级式逆变器较传统的两级式逆变器,拓扑结构大大简化,减少了同时工作的开关器件的数目,降低开关损耗,在中小功率场合中的应用具有明显的优势.本文提出了一种新型的单级式隔离逆变电路-反激逆变器,文中对该电路的工作原理及控制策略进行了详细的分析,针对该电路过零点畸变问题提出了解决方法,并给出了电路主要参数的选取依据.最后通过仿真和实验验证了该新型电路的可行性.     

Cascaded Common Nodal Point Multi-level Inverter Topology

Recent trends in the multi-level inverter (MLI) technology demand reduced number of switches, driver circuits, isolated DC sources, peak inverse voltage (PIV), appreciable number of voltage level, and lower total harmonic distortion. This paper presents an improved cascaded MLI configuration. Each module comprises ten switches, two isolated DC sources, and two capacitors; it can generate a maximum of 9-level output voltage waveform. Optimized switching sequence is developed that ensures minimum switching transitions and is implemented through single-carrier pulse width modulation for the control of the proposed topology. The classical cascaded H-bridge inverter and some recently developed MLI configurations were compared with the proposed inverter circuit. Results show that the proposed inverter configuration generates high number of output voltage levels with reduced number of power switches and PIV. It also has a lower per-unit power loss profile. Unit capacitor voltage balancing scheme is developed, which ensures proper control of the unit step voltage level in each of the cascaded modules, at extreme loading condition. For two cascaded inverter modules, simulation and experimental verifications are carried out on the proposed inverter for an R–L load. Simulation results of the output voltage waveforms and its harmonic spectrum are in conformity with experimental results.     

中点钳位型三电平逆变器脉宽调制时的损耗特性

随着多电平逆变器的大量应用,电力电子开关器件的损耗问题也越来越得到重视.对开关器件的损耗研究,不单是提高效率的前提,更是保证器件安全工作的首要条件.三电平逆变器的开关器件多,导通与换流模式复杂,损耗分析比两电平逆变器困难.本文在分析三电平逆变器导通与换流模式的基础上,利用器件的损耗特征参数,在SPWM调制策略下对逆变器的通态损耗和开关损耗进行了计算,给出了该调制策略下的器件损耗对于调制度和功率因数角的分布曲面,并对其他调制策略下的损耗进行了计算分析,最后实验验证了该损耗计算方法的有效性.本文给出的损耗模型和结论为进一步降低损耗的调制策略研究奠定了基础.     

Series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count

This paper proposes a novel zero‐current‐switching series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (insulated‐gate bipolar transistors, IGBTs), two resonant capacitors, and only one high‐voltage transformer (HVT) with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. The leakage inductances of the transformer's primary windings together with the resonant capacitors form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with interleaved half switching cycle. The secondary winding of the HVT is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the secondary voltage. The converter operates in the discontinuous conduction mode (DCM) and its output voltage is regulated by pulse frequency modulation. Therefore, all the power switches turn on and off at the zero‐current switching condition. The main features of the proposed converter are its lower core loss, lower cost, and smaller size compared to previously proposed double series resonant high voltage DC–DC converters. The experimental results of a 130‐W prototype of the proposed converter are presented. The results confirm the excellent operation and performance of the converter. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.