双有源桥DC-DC的调制方式的研究

双有源桥的体积小、质量轻和效率高等优点受到广泛关注,已被应用于各个领域.本文首先对该拓扑建立数学模型,确定与之相关的控制参数;其次分析并比较了传统单移相控制方式和双重移相控制原理,并推导出传输电流和传输功率的数学模型;最后通过仿真软件验证了不同负荷、不同电压下,两种控制方式的优缺点.     

双有源桥直流变换器相平面分析与优化

双有源桥DAB(dual active bridge)直流变换器的优化研究广泛,调制方法众多,然而,DAB的优化过程有2个困难:第1个是受制于传输功率的等式约束条件,使得可行域存在非凸的可能性,常规的凸优化方法可能会失效;第2个是常用的优化目标表达式过于复杂,所求得的控制坐标难以获得解析表达式.为了解决这些问题,采用了...     

基于MOSFET的串联谐振双有源桥死区振荡机理分析及抑制

基于MOSFET的串联谐振双有源桥（DAB）变换器可同时实现所有功率器件的零电压开通（ZVS）和零电流关断（ZCS）,具有效率高的优点,被广泛应用于电力电子变压器（PET）隔离DC-DC环节。然而,在采用隔离变压器的DAB中,由于MOSFET寄生电容的存在,在死区时间内器件寄生电容与隔离变压器漏感会产生高频振荡,增加了通态损耗。该文建立死区时间内串联谐振DAB的等效电路,分析死区时间内高频振荡电流幅值与关断时刻电流的数学关系。为抑制高频振荡,提出基于开关频率微调的振荡抑制方法。实验结果表明了理论分析的正确性和高频振荡抑制方法的有效性。     

基于双有源桥体二极管的母线建压启动方法

分析了双有源桥(DAB)变换器在启动时建立高压侧直流母线电压的必要性,提出了一种基于高压侧开关管体二极管整流的直流母线建压启动方法,详细阐述了启动建压的步骤,给出了体二极管建压的软件实现步骤。该方法可有效避免直流母线建压过程中出现的电感饱和现象,以及由此带来的电流冲击。提出的启动方法无需硬件开销,只需通过数字控制即可实现,有助于节约硬件电路成本,增加可靠性。最后通过实验验证了该启动方法的有效性。     

基于谐波分析的LCL双有源桥软开关控制方法

在此分析了LCL谐振式双有源桥中的电流谐波,并据此提出了新的控制方法,提高了能量传递效率。首先介绍了传统LCL谐振式双有源桥的控制原理,然后在频域内分析了电流谐波产生的原因和各次电流谐波的幅值,并将其转化为时域表示。基于以上对电流谐波的分析,提出新的软开关控制方法。此方法可以实现全负载域的软开关,并且不会引入回流功率。最后通过实验证明了新控制方法的正确性和有效性。     

无桥拓扑有源PFC的理论和仿真研究

针对传统有源Boost-PFC的功率开关器件开关导通损耗大,承受较高的电压、电流和热应力的不足之处,提出了一种新型的无桥有源PFC电路(BLPFC)结构.该电路用两个IGBT取代了传统整流桥下桥臂的两个整流二极管,并采用双闭环平均电流控制策略,使之具有传统PFC提高功率因数和降低电网谐波的特点,又具有提高系统开关器件效率,降低系统损耗,发热和成本的优点.利用Matlab/Simulink的SimPowerSystems工具包对设计的BLPFC电路进行仿真,仿真结果表明,与传统的有源PFC相比,无桥有源PFC电路能够很好地提高系统的效率,降低开关器件损耗,抑制电流谐波,且输入电流能够很好地跟踪输入电压波形.     

无桥拓扑有源PFC的理论和仿真研究

针对传统有源Boost-PFC的功率开关器件开关导通损耗大,承受较高的电压、电流和热应力的不足之处,提出了一种新型的无桥有源PFC电路（BLPFC）结构。该电路用两个IGBT取代了传统整流桥下桥臂的两个整流二极管,并采用双闭环平均电流控制策略,使之具有传统PFC提高功率因数和降低电网谐波的特点,又具有提高系统开关器件效率,降低系统损耗,发热和成本的优点。利用Matlab/Simulink的SimPowerSystems工具包对设计的BLPFC电路进行仿真,仿真结果表明,与传统的有源PFC相比,无桥有源PF     

基于GaN-HEMT器件的双有源桥DC-DC变换器的软开关分析

对运用双有源桥DC-DC变换器(DAB)的软开关电路进行了建模,并依据此模型,对运用不同开关管的DAB软开关范围进行对比。首先,介绍传统移相控制下的DAB的工作原理,推导辅助电感的电流值。然后,对DAB的左右全桥的开关管进行了软开通电路建模。通过对MOSFET和GaN-HEMT两种开关管的输出电容进行数值拟合,对比二者在不同工作状况下的开通过程,发现运用GaN-HEMT能够扩大软开关范围。之后,根据GaN器件结构的特点,对不同死区时间下的电流尖峰和电路损耗进行对比。最后,基于Pspice仿真软件得到了不同条件下软开关的电感电流和寄生电容电压波形,分析了变换器的功率特性,并搭建GaN-HEMT实验平台进行了实验验证。     

零回流功率的LC谐振式双有源桥变频调制方法

在此针对LC谐振式双有源桥功率变换器提出一种零回流功率的变频调制方法.该调制方法与传统变频调制方法相比,可完全消除运行过程中的回流功率,有效地降低导通损耗.同时,该调制方法能够保证所有的开关均实现软开关,从而降低了开关损耗.这里在时域中分析了谐振网络在各个开关状态下的谐振电流和谐振电容电压,并进一步推导出能实现零回流功...     

一种并-串型双有源桥变换电路的分析

研究了一种原边并联、副边串联的双有源桥变换器,分析了双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)电路的工作原理,推导出开关管软开关实现的条件,给出了谐振电感等关键参数的设计方法,对并-串型与非并-串型双有源桥变换器的损耗进行了比较分析,表明并-串型在效率上的优越性。最后,仿真和实验的结果验证了理论分析的正确性,该变换电路能实现高效率、高功率密度。     

不同碳化硅器件的直接比较

本文介绍了意法半导体公司(STMicroelectronics)首次提出的1200V/20A的SiC MOSFET,并与1200V常闭型SiC JFET(结型场效应晶体管)和1200V SiC BJT(双极结型晶体管)作对比。全面比较了3种开关器件工作在T=25℃、电流变化范围(1A~7A)的动态特性,并在T=125℃、ID=7A条件下做了快速评估。尽管SiC MOSFET的比通态电阻(Ron*A)很高,但与另外两种器件相比仍被认为是最有前景的开关器件:SiC MOSFET的总动态损耗远远低于SiC BJT和常闭型SiC JFET,且驱动方案非常简单。因此在高频、高效功率转换领域中,SiC MOSFET是最好的选择。     

一种改进型抑制SiC MOSFET桥臂串扰的门极驱动设计

由于传统驱动中SiC MOSFET在高开关频率的情况下其寄生参数造成的桥臂串扰更加严重,而现有的抑制串扰驱动电路大多是以增加开关损耗,增长开关延时和增加控制复杂度为代价抑制串扰。因此,根据降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思想,提出一种在栅源极间增加PNP三极管串联二极管和电容的新型有源密勒钳位门极驱动设计,并分析其工作原理,对改进驱动电路并联电容参数进行计算设计。最后,搭建了直流母线电压为300V的同步Buck变换器双脉冲测试实验平台,分别与传统串扰抑制电路,典型串扰抑制电路的正负向串扰电压尖峰抑制效果和开通关断速度做对比分析。实验结果表明,提出的串扰抑制驱动电路正负向电压尖峰分别比传统和典型串扰抑制电路降低了80%和40%,同时减少了32%的器件开关延时。     

负载电流前馈闭环控制的快速动态响应双有源桥式变换器的输出阻抗分析

提出了一种基于前馈控制的双有源桥DAB(dual active bridge)变换器的控制策略,并通过小信号模型分析了DAB变换器的输出阻抗及其对电路动态特性的影响.DAB变换器的输出阻抗不仅取决于输出电容,还与控制回路的增益有关.由于传输延迟和零阶保持器的存在,控制回路的交叉频率和增益不能选得过高.如果输出电容非常低...     

Converter Using SiC‐MOSFET for Ultra‐High‐Speed Elevator

In this study, we developed a converter based on SiC (Silicon Carbide)‐MOSFET for use in ultra‐high‐speed elevators, with a reduced volume of 15% compared with the conventional converter. We succeeded in reducing the power loss of the converter unit by 56% compared to the conventional converter in one round trip under high temperature condition. Recently, because of their useful characteristics, wide‐gap semiconductors, such as SiC and GaN, have gained considerable attention for use in various applications in the power electronics systems. Therefore, we studied the use of a converter in elevator systems based on SiC‐MOSFET. We used a 1200 V/800 A SiC‐MOSFET module for the converter unit. We developed a prototype of the converter unit and the control panel by applying for the SiC‐MOSFET module for an ultra‐high‐speed elevator. As a result, the setting area of the control panel (main part) becomes less than 43% of the conventional panel. We tried to demonstrate the working of a 68‐kW elevator by applying the prototype control panel. Because of the characteristic of the switching loss of SiC‐MOSFET, the power loss of the converter unit has almost no dependence on temperature. An energy‐saving effect of approximately 17% was achieved in the total elevator system in one round trip under high‐temperature condition.     

双有源桥变换器的新型双重移相电流应力优化控制策略

针对双有源桥变换器双重移相控制时输入输出电压调节比不匹配时的电流应力过高问题,提出一种新型双重移相调制下的电流应力分段优化控制策略,通过降低电感电压的方式来降低电流应力,从而提高系统效率。首先分析了新型双重移相调制的工作原理,验证了降低电感电压可以明显降低电流应力。然后考虑不同的传输功率和电压调节比,对相应工作区间的电流应力进行分段优化,推导出最小电流应力下的最优移相比组合,并结合电流应力分段优化设计了闭环控制策略。最后搭建了双有源桥变换器实验样机,并进行了实验验证。实验结果表明,与其他优化控制相比,所提控制策略在低到中功率范围电流应力和回流功率更小,负载突变时的动态响应速度更快。     

电力电子变压器故障下的运行策略

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)作为电力电子变换技术的最新应用,能解决电力系统中许多的新课题,但易发生故障,影响电网的稳定运行。本文分析了级联型PET的故障形式,将其双主动桥（Dual Active Bridge,DAB）故障作为典型对象研究。针对故障提出检测方法和应对运行方案,最后对提出的方案进行仿真验证。仿真结果表明,PET能在故障情况下平稳调整运行策略,维持整体稳定运行,故障维修时对电网运行零影响。     

基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析

户用型光伏逆变器的发展趋势是高频化、高效率、高功率密度,近年来,SiC MOSFET在电机驱动、光伏逆变器等场合得到了广泛研究。本文将SiC MOSFET应用于1.6kW两级式光伏逆变器中,提高逆变器的开关频率,对前后两级独立进行了效率分析。在前级Boost中,比较了20 kHz 到100kHz 开关频率下,SiC MOSFET和Si MOSFET 对Boost效率的影响;在后级逆变器中,比较了100 kHz SiC MOSFET逆变器与20 kHz Si MOSFET H6逆变器的效率。搭建了1.6kW两级式光伏逆变器实验模型,采用SiC MOSFET,并在逆变器实验模型上对分析结果进行了实验验证。     

适用于电动汽车的SiC MOSFETPSpice仿真模型研究

为了基于PSpice电路对电动汽车DC/DC变换器中的碳化硅(SiC)MOSFET的工作特性进行实时准确地仿真,针对SiC MOSFET提出了一种新型的电压控制电流源型VCCST(voltage-controlled current source type)PSpice仿真模型。首先,为了获得SiC MOSFET准确的静态特性建立了电压控制电流源作为SiC MOSFET的内核,以描述SiC MOSFET的转移特性和输出特性;然后,为了获得SiC MOSFET准确的动态特性,建立了基于电压控制电流源与恒定电容的栅漏电容(CGD)子电路模型,所提SiC MOSFET VCCST PSpice模型在简化参数提取方法的同时,能够满足模型准确性的要求;最后,建立的SiC MOSFET VCCST PSpice模型应用于Boost变换器进行仿真和实验,并对SiC MOSFET的特性进行测试。测试结果验证了所提SiC MOSFET VCCST PSpice仿真模型的准确性和实时性,从而为SiC MOSFET在电动汽车DC/DC变换器中的设计和应用提供了便利。     

基于遗传算法的SiC MOSFET导通电阻模型

提出了一种简洁、新颖的SiC MOSFET器件导通电阻模型,该模型采用遗传算法对其不同温度下的导通电阻进行准确描述。相比于传统的导通电阻建模方案,采用进化算法可以准确地得到MOSFET导通电阻与结温之间的关系。并探究了不同种群规模、交叉率和变异率对算法的影响。为了验证模型的准确性,采用一款自主封装的1 200 V/90 A SiC MOSFET模块去验证模型的静态特性,并与传统导通电阻建模方案进行对比,其最大误差为4.1%。