三电平BOOST电路在功率因数调节(PFC)方面的应用

为了解决较高电压等级直流负荷(如电动汽车)前端整流装置对电网造成的谐波污染问题,笔者根据三电平结构的发展和boost PFC电路的应用,阐述了一种适用于高电压等级、基于三电平拓扑结构的PFC AC-DC变换器的控制策略,分析了其在应用载波移相调制技术下模块化结构,以及其输入、输出电压特点、电感二倍频电流的电气特征,搭建了三电平Boost电路控制及电路模型,得到了较高电压等级PFC变换的方案.仿真结果表明,基于三电平Boost的PFC变换器电流环灵敏度高,能有效实现PFC变换,解决了电感电流波纹过大的问题.     

模块化多电平环流抑制与载波调制策略研究

为抑制模块化多电平变换器(MMC)的内部环流,提出了两种环流抑制方案:方案1只抑制环流中的交流分量,方案2采用既抑制交流分量同时控制直流分量的控制策略;方案2与方案1相比具有较快的动态响应特性。对各种多电平脉宽调制(PWM)技术进行了比较分析,并重点研究了上、下桥臂分别采用载波交错PWM和非交错PWM时对桥臂电流、子模块电容电压和输出电压、电流的影响,研究结果表明:采用载波交错PWM可改善输出电压、电流波形,但会增加桥臂电流纹波。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

多电平高压级联Boost直流变换器研究

提出一种基于三电平结构的多电平级联Boost直流变换器,采用模块化及相应载波移相调制技术,使该变换器可以灵活用于高频隔离型高压直流变换器前端及高频隔离型高压PFC中间级。基本的三电平模块是由P-cell,N-cell单元构造而成,并且能够提供2个相同输出电压同时获得1倍于开关频率的等效频率。首先详细分析了多电平级联Boost DC-DC变换器在载波移相调制下的电路工作原理及电感电流与电容电压波纹特性,并讨论出不同占空比下的输入输出电压关系以及电感电流的趋势。最后,搭建功率5.3 k W的实验装置来验证多电平级联Boost变换器的工作特性。     

基于载波移相的MMC控制策略研究及仿真

模块化多电平变换器(MMC)是一种结构独特的多电平变换器,相对于传统多电平变换器,其结构简单且高度模块化、输出灵活、谐波畸变率较小,因此成为大电压高功率场合的研究热点。由于MMC的调制技术和电容电压均衡是其稳定运行的基础和关键,因此研究分析了MMC的拓扑结构和工作原理,学习了载波移相调制技术(Carrier Phase-Shifted SPWM,CPS-SPWM)的原理,并提出将载波移相调制和子模块电压均衡控制相结合的控制策略。在Matlab/Simulink里搭建了基于载波移相调制和子模块电容电压均衡控制的三相MMC仿真模型,结果验证了研究提出的控制策略在MMC中等效开关频率较高,输出电压谐波特性良好,可以很好地控制电容电压波动,是一种适合MMC的控制策略。     

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。     

开关电容型ISOP变换器电压解耦控制

传统的双环控制输入均压环和输出电压环之间存在着耦合关系,输入均压环和输出电压环控制器参数调节会相互影响。通过引入耦合因子分析了输入均压控制与输出电压控制之间的耦合特性,提出了开关电容(SC)型输入串联输出并联(ISOP)直流变换器的电压解耦控制策略,消除了输入均压环与输出电压环相互之间的影响,有利于控制器参数的优化设计,同时采用交错移相调制方法,大大减少了输出电流纹波。最后,搭建了3模块的ISOP直流变换器的仿真模型验证了所提方法的有效性。     

模块化多电平换流器调制策略研究

模块化换流器是应用于电压源换流器直流输电的新型多电平换流器拓扑。介绍了MMC最近电平调制策略和载波移相调制策略的原理,以及相应的电容电压平衡控制策略。分析了2种调制策略下输出电压电流的谐波特性,结果表明具有高开关频率的载波移相调制策略具有更好的谐波特性。在PSCAD/EMTDC中进行了仿真,验证了理论分析的正确性。     

两级DC/AC变换器直流输入电流纹波抑制

两级单相逆变器的前级DC/DC变换器输入电流会含有较大的低频纹波电流,这会严重影响直流侧电源的寿命。此处基于电流反馈双半桥(CF-DHB)DC/DC变换器和全桥逆变器构成的两级DC/AC变换器,提出一种新的抑制输入电流纹波的方法,根据变换器的瞬时功率特性,计算出消除电流纹波所需的移相角,进而消除控制器输出量中的纹波分量。能够在保证交流输出电压质量的同时,显著抑制输入电流纹波,并且能够消除负载突变时的电流振荡。实验验证了所提控制方法的有效性。     

模块化多电平动态电压补偿器的控制策略研究

提出一种模块化多电平结构应用于动态电压补偿器的新技术。模块化多电平结构易扩展,便于实现,且具有公共直流母线,能够实现四象限运行。文中对模块化多电平动态电压补偿器的拓扑结构和工作特性进行介绍和理论分析。通过对几种补偿策略、子模块电容电压控制策略和MMC逆变单元调制策略的对比介绍,提出了适用于模块化多电平动态电压补偿器的同相补偿、子模块电容电压分层控制和载波移相PWM调制的控制策略。利用PSCAD软件搭建仿真模型,通过仿真分析,验证了模块化多电平动态电压补偿器控制策略的有效性和可行性。     

模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究.本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析,并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型,分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法,比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现,并给出了不同调制策略的特点.     

交错控制双Boost型DC/DC变换器

提出一种交错控制双Boost型变换器,其包含有2个Boost单元,对应开关管的驱动信号相位差180°。对其在1个开关周期内的6种开关模态的开关通断情况和主要电压、电流的变化情况进行了详细介绍,并对变换器的性能特点进行了深入分析。实验结果表明该变换器具有以下特点:控制简单可靠,有现成的控制芯片可用;有源和无源器件都能实现软开关,不增加开关的电流、电压应力;与传统的Boost型DC/DC变换器相比,在输入、输出条件相同的情况下,输入电感和输出电容都可以减小,这是因为其输入电感电流和输出电压纹波频率都为开关频率的2倍,达到了倍频的效果。     

The parallel operation control of a modular AC to DC converter via serial communication bus

This paper presents the parallel operation control of a modular AC to DC converter via a serial communication bus. In the proposed system, multiple AC to DC converters are parallel‐connected at the output end for load current sharing. Each module of the AC to DC converter is controlled by its individual microcontroller. The microcontroller of each module is employed for the voltage control loop and communicates with the microcontrollers of the other converter modules. The RS485 serial communication is used to transmit information among the controllers, which checks the number of the converter module for calculating the input inductor current command of each converter module. Moreover, the clock signal is used for synchronization to prevent data collision on the serial communication bus. The proposed parallel operation control provides fast response when the converter module connects or disconnects according to the required power. The performance evaluation of the proposed system is conducted by simulation and experimental verification on two parallel isolated CUK converters. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

模块化光伏直流并网系统分布式自主控制策略

提出了模块化光伏直流并网系统分布式自主控制策略。通过将各模块输出电压信息叠加到输入侧母线电压基准中,不仅实现了输入侧母线电压的无主从调节,而且自动实现了各模块输出电压的均衡控制。所提出的控制策略无需通信或中央控制器,实现了串并联模块化光伏直流并网系统的完全分布式自主控制,且能实现故障模块和替换模块的热插拔,具有控制简单、易于实现、可靠性高等优点,并通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器。在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波。分析了该变换器的工作原理以及工作模态,推导了输出电压增益公式、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波。与传统Boost变换器相比,电压增益提高了（3+D）倍,开关管应力电压减小明显,电感电流纹波减小一半。通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。     

用于混合动力汽车的三电平双向DC/DC变换器

将三电平技术应用到双向DC／DC装置中，可以提高混合动力汽车驱动系统中双向DC／DC装置的开关频率，为此提出了一种新的三电平双向DC／DC变换器拓扑。通过三电平拓扑和传统两电平拓扑电路的对比分析,得出了相同先决条件下这两种拓扑中开关管电压应力和电感电流可减小的幅度。最后通过仿真试验验证了分析结果。     

一种双相结构的同步Buck DC/DC变换器

指出了同步降压型直流-直流变换器从拓扑结构上实现软开关技术优点与在大功率场合下电流纹波大的特点,结合电感磁耦合技术将其扩展为双相结构的同步Buck型DC/DC变换器,分析了电感输出电流纹波减小的原理,并对不同负载下电路的工作特点进行了分析,采用可变频率的脉冲宽度调制控制方式以达到不同输出功率时的效率,试制了一台2kW的同步Buck DC/DC变换器样机,并给出了实验结果。变换器采用DSP芯片TMS320F2808作为控制管理芯片,通过积分分离数字PID算法改变控制量,具有较优异的动态性能,在蓄电池维护领域得到较好的应用。     

Analysis,design and implementation of a high‐voltage gain DC‐DC converter

An interleaved DC‐DC converter with soft switching technique is presented. There are two converter modules in the adopted circuit to share the load power. Since the interleaved pulse‐width modulation (PWM) is adopted to control two circuit modules, the ripple currents at input and output sides are naturally reduced. Therefore the input and output capacitances can be reduced. In each circuit module, a conventional boost converter and a voltage doubler configuration with a coupled inductor are connected in series at the output side to achieve high step‐up voltage conversion ratio. Active snubber connected in parallel with boost inductor is adopted to limit voltage stress on active switch and to release the energy stored in the leakage and magnetizing inductances. Since asymmetrical PWM is used to control active switches, the leakage inductance and output capacitance of active switches are resonant in the transition interval. Thus, both active switches can be turned on at zero voltage switching. The resonant inductance and output capacitances at the secondary side of transformer are resonant to achieve zero current switching turn‐off for rectifier diodes. Therefore, the reverse recovery losses of fast recovery diodes are reduced. Finally, experiments based on a laboratory prototype rated at 400 W are presented to verify the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感.实验结果验证了理论分析的正确性.     

全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法

以无工频变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。在电力牵引传动系统中,单相网侧脉冲整流器直流输出电压中含有二倍电网频率的电压脉动,该二倍频脉动可能会引起电机中的拍频现象。因此,为减小该二倍频电压脉动对DC/DC变换器输出电压的影响,研究全桥隔离DC/DC变换器在输入电压动态变化时的高性能控制方法非常必要。为提高全桥隔离DC/DC变换器在输入电压脉动以及突变情况下的动态响应性能,基于单相移控制方法,提出了一种直接功率控制方法,并进行了详细的分析。最后,基于RT-LAB和赛灵思XC3S500E的半实物仿真平台和基于TMS320F28335控制器的实物实验平台对所提出的控制方法进行验证,半实物仿真和实物实验结果表明:在输入电压突变、输入电压含有脉动和波动的情况下,该直接功率控制算法能有效提高输出电压的动态性能,减小输入电压扰动对输出电压的影响。