基于多谐波阻抗模型的CLLC谐振变换器轻载多移相控制分析与设计

CLLC谐振变换器具有双向功率传输、自然软开关、宽范围电压输出等优势,但轻载运行时,存在输出电压失调和传输效率降低等问题。文章基于多谐波阻抗模型,对CLLC谐振变换器的多移相控制进行分析,设计适用于轻载运行的双移相控制,有效解决轻载输出电压失调问题,提升轻载功率传输效率。首先,建立CLLC变换器的多谐波阻抗模型,求解多移相控制下的轻载输出电压增益与谐振电流有效值;然后,分析不同移相角对输出电压值和谐振电流值的影响,并据此设计双移相控制,实现可靠的轻载电压增益调节,同时降低轻载运行的损耗;最后,搭建一台21.5V/400V,200W的全桥CLLC谐振变换器实验样机,实验结果证明所提多谐波阻抗模型的正确性和轻载运行下双移相控制的有效性。     

面向能源互联网的固态变压器中双有源桥直流变换器研究

针对双重移相控制固态变压器中非谐振式双有源桥直流变换器(Dual Active Bridge, DAB)传输轻载功率时,外移相的移相区间(Phase-ShiftInterval, PSI)窄且内移相对外移相的扰动灵敏度(DisturbanceSensitivity, DS)高的问题,提出一种改进移相控制方法。首先,通过对比分析DAB在传统移相控制(Phase-Shift-Control, PSC)下的工作原理与功率传输特性,建立了各PSC间的内在联系。其次,根据改进双重移相控制方法的工作原理,划分了三种工作状态并对各工作状态下的模态进行了研究。然后,推导了各工作状态的传输功率并分析了其传输特性。理论分析表明,该方法相对于传统移相控制方法,能显著降低外移相对内移相的DS和对传输功率的冲击度,拓宽了内外移相量的PSI,同时提高了系统的功率传输效率。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和优越性。     

EV-BWPT无缝功率环移相控制策略研究

电动汽车双向无线电能传输系统以其便捷性、安全性和可靠性高等优势,在车网互联时代得到广泛应用。与传统的单向系统相比,双向系统需要在多个不同控制自由度中进行选取,从而影响系统传输效率。为降低系统无功功率,提高效率,提出一种双向无线电能传输系统无缝功率环移相控制策略。首先,对基于双边LCC补偿网络的双向无线电能传输系统进行了有功和无功功率传输特性分析,得出有功/无功功率与效率、内移相角及外移相角之间的关系;进而提出采用有功功率环路控制外移相角、无功下垂环路控制内移相角的无缝功率环移相控制策略,且该控制策略无需切换模式即可实现功率正反向流动;最后,通过Matlab/Simulink以及半实物实验平台,验证该控制方法的有效性。     

不同绕组型式双Y移30°六相永磁同步电机建模与谐波电流优化控制

基于空间矢量解耦方法,建立绕组正弦和非正弦分布的双Y移30°六相永磁同步电机旋转坐标系下数学模型;为了减小谐波子空间电流,研究了谐波电流闭环控制和谐波电压开环控制两种控制方法,得出两种控制方式下相电流FFT分析结果。仿真和实验结果表明:谐波电流闭环控制方式对绕组正弦和非正弦两种电机具有更好的电流谐波控制效果,可以减小系统损耗,该方法更适合于双Y移30°六相永磁同步电机的控制。     

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。     

模块化多电平开关串联型直流变压器的电流优化控制策略

针对模块化多电平开关串联型直流变压器在中压侧端口电压偏低和轻载情况下存在电流应力增大、运行效率降低的问题，提出了一种基于低压侧全桥内移相控制的电流优化控制策略。通过移相控制，在高频变压器端口产生零电平区间，抑制了传输电感电流尖峰，降低了器件电流应力及损耗。通过研究该直流变压器的工作模式，分析电流应力，以电流应力优化为目标制定优化控制策略。该策略采用分段计算移相角的方法，在维持开关管软开关特性的同时达到良好的闭环控制效果。最后，通过仿真和样机实验验证了所提优化控制策略的有效性。     

基于扩展移相控制下双有源桥移相角优化选取与分析

双有源桥(DAB)采用扩展移相(EPS)控制时,在同一传输功率下存在移相角的多种不确定组合。合适的移相角选取不仅是确保DAB满足功率传输要求的前提,同时也是降低回流功率、减小电流应力的重要保障。基于此,首先,提出了一种EPS控制下的DAB移相角优化选取方法,所建立的传输功率表达式可以降低传输功率特性的分析难度和计算复杂度;其次,在综合考虑回流功率与电流应力优化的前提下,可以进一步明确移相角的选取范围;最后,仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

LC移相补偿在无线传能系统性能提升中的应用

为提高无线电能传输系统中电能传递的功率和传递的效率,文中对LC谐振式无线传能电路中采用移相控制技术后的能量传输情况做了研究。简单介绍了LC移相补偿的原理,在Simulink平台下仿真了移相控制下发射端和接收端之间的耦合磁场随移相角的变化情况,并通过实验测量了不同移相角下的电压、电流参数。由仿真和实验结果可知当在区间0-π⁄2时,增加移相角度,接收端功率增加;当移相角度为π⁄2时,接收端功率达到最大,在区间π⁄2-π时,增加移相角度,接收端功率减小;当移相角度为π时,接收端功率降为最低。综上可知移相控制在无线传能系统中可以提升其传输功率。     

双向全桥直流变换器的全功率范围软开关控制技术的研究

双向全桥直流变换器不依靠额外的电路就能实现软开关,具有较高的效率。采用传统的纯移相调制方法,传输功率大,但无法在轻载时实现软开关;采用移相加占空比调制方法,可以在全功率范围内实现软开关,但最大传输功率会随着占空比的减小而减小,小占空比情况下功率输出受到限制。本文研究了双向全桥直流变换器的软开关特性,结合纯移相调制和移相加占空比调制的特点,提出一种新的优化控制方法,该控制方法可实现两种调制方法的平滑切换,在实现全功率范围内的软开关的同时又保证了传输功率的最大化。最后,本文在一台12k W的样机上对提出的控制方法进行了验证,实验结果表明了所提控制方法的正确性。     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

一种用于SS谐振无线电能传输系统变频移相控制下实现恒压和ZVS的参数设计方法

无线电能传输是一种方便灵活的电能传输方式。以串联-串联SS(series-series)谐振无线电能传输系统为研究对象,通过变频移相控制实现了后级的恒压输出与前级逆变器的零电压开通。首先基于无线电能传输系统的交流等效电路对系统特性进行分析,提出一种在采用变频移相控制下能够同时实现恒压与零电压开通的频率区间存在性判断方法。基于此判断方法,根据相角裕量与系统安全要求对谐振网络参数进行限定,保证了系统在当前设计参数下能够在相应工作指标下正常运行。最后搭建了一套250 W无线电能传输装置,对系统分析的正确性与参数设计的合理性进行验证。     

感应耦合电能传输系统输出功率调节方法

高效调节输出功率是感应耦合电能传输系统的关键问题之一。文章分析了调幅、调频、移相以及能量注入控制四种基本功率调节方法的工作原理及其特征。根据移相控制改变逆变器移相角调节输出功率的特点,提出了一种新型基于谐波的移相控制功率调节方法,推导了从基波切换为各次谐波的移相角以及各次谐波工作下合理的移相角范围。该方法采用谐波替代基波传递功率,在输出同样功率情况下可降低器件开关频率。本文以3次谐波为例,通过实验验证了新型功率调节方法的有效性。     

死区影响下双有源桥DC-DC变换器的改进型协同三移相控制

双有源桥(dual-active bridge,DAB)DC-DC变换器在传统的协同三移相控制(cooperative triple-phase-shift,CTPS)下,能在消除两侧回流功率的同时取得更优的电流特性和传输效率,但上述优化算法未考虑死区时间对电压、电流以及优化效果的影响。为此,通过分析不同功率段内死区时间对DAB电压、电流波形以及回流功率优化效果的影响,基于电感伏秒平衡特性推导出包含死区的新移相比计算式,建立含有死区的传输功率模型和功率临界点。在此基础上,提出一种改进的协同三移相控制(improved cooperative triple-phase-shift, ICTPS)策略,实现了不同功率段内死区影响的抑制。最后,在搭建的试验样机上进行了对比实验,实验结果验证了关于死区影响理论分析的正确性,以及所提ICTPS控制策略对死区影响抑制的有效性。     

三电平双有源桥变换器的新型控制策略研究

针对三电平双有源桥(TL DAB)变换器在电压不匹配及轻载条件下电流应力大、失去软开关特性、效率低的问题,提出一种基于四电平调制的新型控制策略.该控制策略包含两个控制自由度,分别为三电平桥内移相角和桥间移相角,引入桥内移相角后,三电平桥输出具有一定占空比的四电平电压.通过优化两个控制自由度,使TLDAB变换器在宽电压及全功率范围内具有更小的电流应力和更优的软开关特性,从而提升变换器在电压不匹配及轻载条件下的传输效率.最后,在小功率样机上验证了所提出控制策略的有效性.     

结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

为了同时减小双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。     

负载不对称三相串联谐振逆变器电流平衡控制策略

为实现对三相无线电能传输系统功率传输的有效控制,对一次侧采用串联谐振逆变器的三相无线电能传输系统进行了详细的分析。基于PR控制器可有效实现对某一频率的正弦信号进行跟踪控制,针对负载不对称工作模式下三相电流不平衡导致功率传输控制困难问题,在??坐标系中采用PR控制器,对一次侧三相电流进行电流平衡控制。仿真和实验结果表明,PR控制器能够对三相串联谐振逆变器的负载电流进行追踪控制,较好地解决三相电流不平衡问题,为三相无线电能传输系统的功率传输控制研究奠定了基础。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器动态建模与最小回流功率控制

通过分析双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的软开关约束条件及功率传输特性,提出了满足软开关条件的基于最小回流功率的双重移相控制策略,建立了双重移相控制下变换器的动态小信号模型。最后,通过实验样机,分析了基于最小回流功率双重移相控制策略的变换器动态和稳态特性,对动态模型和最小回流功率控制策略进行了验证。实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。     

基于开关组合规律的双有源桥DC-DC变换器传输功率特性

双有源桥DC-DC变换器(DAB)采用移相控制时拥有三个互相独立的移相自由度,通过DAB一次侧、二次侧输出电压的解耦,将三个移相自由度任意组合下的DAB工作状态划分为12个模式。对12个模式的传输功率分别进行计算,推导各模式下传输功率的取值范围,并在此基础上对三重移相控制下DAB的传输功率特性进行研究。通过对三个移相自由度做一些特殊赋值,三重移相控制可以简化为单重移相控制、拓展移相控制和双重移相控制,研究这四种移相控制方法的传输功率范围,并对它们功率传输的灵活性进行比较。最后,通过实验验证了理论分析结果。     

双有源桥三重移相电感峰值电流优化

针对双有源桥效率的提高，提出三重移相最小电流优化的控制方法。阐述了三重移相的基本原理，通过控制原副边内移相角、桥间移相角3个自由变量进而改变功率的输出；分析了三重移相正向的6个工作模式。在此基础上，进一步推导三重移相功率特性，得到不同模式下的表达式，并给出各模式的功率范围；再利用6种模式特性，得到其峰值电流特性，并以峰值电流优化作为目标，结合KKT推导得到最小峰值电流控制。最后通过1.2 kW实验平台，进行了单移相控制与三重移相峰值电流优化控制实验。实验结果表明峰值优化控制可以减小功率电感峰值电流，效率得到提高。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。