基于占空比补偿的三相双Buck并网逆变器电流过零畸变控制策略

与传统三相桥式逆变器相比,三相双Buck并网逆变器无需加入死区,可避免引入额外的电流低频谐波。通常采用半周期控制,但半周期控制会造成电感电流在过零附近出现断续,使并网电流发生过零畸变。在电流过零附近采用全周期控制可以抑制过零畸变,但会使过零处电感电流纹波增大,不利于电感的设计,而且会带来额外的损耗。分析半周期正弦脉宽调制(SPWM)控制的三相双Buck并网逆变器电流过零畸变的原因,改变半周期控制的切换条件,并提出采用占空比补偿的控制方法。详细推导出电感电流断续阶段的理想调制波函数,改变过零附近的占空比,使得电感电流平均值在断续阶段呈正弦变化,从而抑制并网电流的畸变,同时使整个系统的效率得到保障。通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

三相双Buck逆变器过零畸变问题与解决方法

双Buck拓扑克服了传统桥式拓扑上下桥臂的直通问题,将其应用于三相并网逆变器,能够避免驱动信号死区引入的低次谐波,从而降低进网电流谐波含量,且外接快恢复二极管续流,减小了反向恢复损耗。然而,为消除电感的偏置电流以及提高逆变器效率,双Buck逆变器需采用半周期控制策略,导致了进网电流的过零畸变。针对带LCL滤波器的三相双Buck逆变器,分析半周期控制所导致过零畸变的原因,提出带纹波电流负反馈的半周期空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,通过在过零点处改变空间电压矢量的基准,有效地消除了进网电流过零畸变,并讨论新型控制算法对系统稳定性的影响,通过仿真和实验验证理论分析。     

宽负载范围高效率升压型DC/DC设计技术研究

为解决传统DC/DC开关电源在轻负载下的低转换效率问题,这里通过深入研究功率损耗的来源,采用过零检测技术和脉冲宽度调制(PWM)/跳周期调制(PSM)自动切换技术相结合方式。提升了不同负载下的转换效率。一方面通过过零检测技术在电感电流下降到零时及时关断续流管,防止电流倒灌回电源造成能量损耗;另一方面在轻载时采用PSM跳过部分周期减小了工作频率,即减小了开关损耗和驱动损耗,提高了系统的转换效率,解决了DC/DC开关电源在轻载时效率低的问题。基于0.18μm BCD工艺完成了对所提出方法的物理实现与测试验证。测试表明在输入电压为3.7 V,输出电压为4.6 V时,系统可以实现PWM模式和PSM模式之间平稳切换,并且在电感电流过零时能及时关断续流管。在10～900 mA整个全负载电流范围内,最高效率可达97%,最低效率高达92.22%。     

单相逆变器的新型混合软开关电流控制策略

零电压软开关的控制模式可使逆变器的转换效率提高,但在传统的边界电流零电压控制方法下,由于边带宽度快速变化,调制会使开关管的导通损耗和电感磁芯损耗增大。为了提升逆变器的工作效率并缩小开关管开关频率的变化范围,提出一种新型混合软开关电流控制模式,使开关管通过在零电流和零电压的混合软开关环境中工作来进一步提高逆变器的转换效率。搭建了一个全桥逆变器硬件试验平台,采用全数字电流控制的方式对所提新型控制方法进行验证。试验结果证明,该电流调制策略可使逆变器的工作效率较传统的控制策略进一步提高,开关管开关频率范围缩小,电感通态电流值减小。     

双Buck半桥逆变器混合PWM控制策略

本文研究一种双Buck半桥逆变器的混合PWM控制策略。该PWM控制策略使逆变器工作在半周期调制,通过判断电感的工作状态来确定电路的控制模式。在电感电流连续模式(CCM)时逆变器采用电压电流双环控制。而在电感电流断续模式(DCM)时,通过分析出电感电流断续工作时的占空比和连续工作时占空比的映射关系,使得逆变器在线性连续工作区和强非线性的断续工作区均能良好地跟踪给定值,减小了双Buck半桥逆变器在半周期脉宽调制下的波形畸变问题。     

并网逆变器死区效应控制研究

通过分析逆变器的死区效应和电感输出电流正、负半周期时逆变器同桥臂上、下开关管的工作特点,得出仅在输出电流过零换向阶段加入死区,其他时间通过判断电流方向以封锁相应桥臂触发脉冲的无死区处理办法,使得死区效应导致的误差脉冲仅存在于电流过零附近,有效降低死区效应的影响。通过仿真验证了该理论分析方法的可行性和有效性。     

单相功率因数校正变换器输入电流过零畸变分析与抑制

分析了功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器输入电流过零畸变产生的原因,指出电网频率、电感电流滞后角及电感大小都将对输入电流过零畸变产生影响,并通过仿真验证了分析结果。将交错技术可以在等效减小电感量的同时减小电感电流纹波这一特性应用于Boost PFC电路,提出一种利用交错并联技术解决单相PFC变换器输入电流过零畸变的方法。通过仿真验证了该方法的有效性。     

Research on Control of Dead-Time Effect on Grid-Connected Inverter

通过分析逆变器的死区效应和电感输出电流正、负半周期时逆变器同桥臂上、下开关管的工作特点,得出仅在输出电流过零换向阶段加入死区,其他时间通过判断电流方向以封锁相应桥臂触发脉冲的无死区处理办法,使得死区效应导致的误差脉冲仅存在于电流过零附近,有效降低死区效应的影响.通过仿真验证了该理论分析方法的可行性和有效性.     

光伏并网逆变器非互补混合脉宽调制下电流过零畸变分析与抑制

采用非互补混合脉宽调制的光伏并网逆变器具有开关次数少,抗干扰能力强的优点。但由于开关管随电网电压正负半周低频通断,并网电流存在明显的过零畸变现象。该文对比分析该调制方式与传统互补混合脉宽调制在开环和闭环控制下的电流换流过程,指出电流断续及存在"失控"状态是非互补混合脉宽调制过零畸变的根本原因。在此基础上,推导出"失控"角的解析表达式。最后提出桥侧电感参数优化以及控制波屏蔽两种电流过零畸变抑制方法。仿真和实验表明,所提方法可有效抑制过零畸变,并网电流总谐波畸变率可减小25%~35%。     

新型混合单周Boost PFC变换器技术研究

研究了一种改进型单周期控制(OCC)算法在Boost功率因数校正(PFC)变换器中的应用。工作于连续导电模式(CCM)下的OCC PFC变换器具有控制电路简单、抗干扰能力强等优点,但二极管存在的反向恢复电流对过零点的输入电流影响较大,导致输入电流发生过零畸变,限制了功率因数的提高。为改善过零畸变,提高功率因数,采用一种工作于混合导电模式(HCM)下的改进型OCC技术,在CCM下,实时检测输入电流,当输入电流过零时,将变换器切换至断续导电模式(DCM),抑制了二极管的反向恢复问题,并将此改进型OCC技术应用于Boost PFC,搭建原理样机,通过实验验证了该新型控制策略的可靠性及理论分析的正确性。     

单相PFC变换器输入电流过零畸变的改善方法

输入电流在输入电压过零点附近会发生畸变是功率因数校正(PFC)变换器普遍存在的现象。当输入频率增大时,其畸变会变得非常严重。本文详细分析了PFC变换器的输入电流在输入电压过零附近产生畸变的原因,指出电感大小和电流环的相位差是影响高频输入下过零畸变严重的根本原因,Boost三电平变换器由于可以减小电感,提高等效开关频率,因此可以有效地减小过零畸变。仿真和实验结果证明了该变换器输入电流的各次谐波均有效地减小。该拓扑适合于高输入频率下的PFC应用场合,尤其对于即将采用360Hz-800Hz变频交流供电体制的航空电网。     

寄生参数对有源功率因数校正器电流畸变的影响

单相有源功率因数校正技术已广泛应用于中小功率场合,其性能与控制方式、工作模式及参数设计均有密切联系。分析各种模式下电路寄生参数对输入电流谐波畸变的影响。在断续工作模式下,针对传统的开关周期平均电流模型分析结果不精确、分析范围小的不足,提出基于Boost电感电流数学模型的分析方法,并结合三角傅里叶变换分析了电路主要寄生参数(包括寄生电容、线路损耗等)对输入电流畸变的影响。实验验证了数学模型的有效性和理论分析的正确性。     

LCL滤波的并联有源滤波器的虚拟阻尼控制

为实现LCL滤波器的稳定控制而不额外增加系统损耗,提出了基于虚拟阻尼思想的有源滤波器输出并网电流控制策略,通过并网侧电感电流外环控制器的引入充分提高了系统的鲁棒性,即使电网存在畸变系统也能有效工作,而且可以有效控制补偿电流的精度,通过电容电流或电容电压内环来实现系统的稳定。该控制方法具有较好的谐波补偿精度和开关纹波衰减率,系统具有良好的稳态和动态性能。仿真结果证明了所提出的控制策略的正确性。     

新型单周期控制的无桥Boost PFC变换器

研究了一种改进型单周期控制算法在无桥Boost PFC(Power Factor Correction)变换器中的应用。工作于连续导电模式下的单周控制PFC变换器具备控制电路简单、抗干扰能力强等优点,但二极管存在的反向恢复电流对过零点的输入电流影响较大,导致输入电流发生过零畸变,限制了功率因数的提高。为改善电流过零畸变,提高功率因数,采用一种工作于混合模式下的改进型单周控制技术,在连续导电模式时,实时检测输入电流,当输入电流过零时,将变换器切换至断续导电模式,削弱了二极管的反向恢复问题,并将此改进型单周控制技术应用于无桥PFC,仿真结果表明:基于新型单周期控制的APFC电路,动态响应更快,且无二极管反向恢复问题。     

多包络线谐振软开关逆变器控制策略

为了满足光伏微型逆变器高功率密度、高性能、低总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的要求,文中基于临界电流模式提出一种多包络线谐振软开关逆变器控制策略,通过进行开关管的分时控制达到平衡电感电流上升下降时间的目的,从而缓解过零点畸变。随后,详细介绍多包络线谐振软开关逆变器控制策略的工作模态,并从软开关、开关频率、开关管损耗与逆变效率、过零点畸变程度等方面与传统临界电流模式进行对比分析。为验证控制策略的有效性,文中基于PSIM搭建了500 W谐振软开关单相全桥逆变器进行开环仿真验证。仿真结果表明,与传统的单极性临界电流模式相比,多包络线临界电流模式可以有效优化过零点问题,能够滤除谐波、降低THD,并且实现零电流开关(zero current switch,ZCS)和全部开关管的零电压开关(zero voltage switch,ZVS)。     

谐波电流下干式变压器温升及带负载能力的研究

谐波电流对干式变压器造成损耗增加、温度升高、加速绝缘材料热老化等不良影响。针对上述问题,利用谐波损耗因子计算干式变压器在不同畸变率下的谐波损耗,并应用有限元ANSYS Workbench软件建立了干式变压器三维模型。仿真研究了各电流畸变率下干式变压器谐波损耗对内部各部件的温升影响。通过采取降低干式变压器负载容量的方式,降低因谐波损耗所引起的额外温升,将干式变压器内部各部件的温升有效地控制在限值范围内,并得到了电流畸变率与干式变压器带载能力的关系。计算与仿真结果表明,谐波电流会使干式变压器的各种损耗增加,从而引起各部件温度升高,降低带载能力。     

一种磁轴承开关功放的半周期控制方法

针对传统数字单周期控制算法存在一个周期内无法精确控制实际电流的问题,提出一种新型的半周期控制方法。该方法每半个周期进行一次电流控制并用泰勒级数减小传统方法中用极限计算占空比所造成的误差,分别推导了双极性、单极性调制方法下的半周期占空比数学模型,并构建了用于磁轴承开关功放的半周期控制系统。与传统单周期控制方法的仿真结果比较表明:半周期控制的电流纹波和谐波含量比单周期控制小,电流的动态响应速度比单周期控制快,且磁轴承悬浮位移性能优于单周期控制。     

无需设定电感电流阈值的并联谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率,提出了一种新型并联谐振直流软开关逆变器的拓扑结构,在辅助谐振电路中设置了1对反并联的晶闸管来控制谐振电流,使逆变器的直流环节电压周期性下降到零,逆变器的主开关可以在零电压条件下完成切换,同时辅助开关器件在逆变器换流过程中也实现了零电压开关或零电流开关。该逆变器在换流过程中不需要设定和负载有关的电感电流阈值,有利于降低辅助电路损耗和简化控制。对电路在1个开关周期内的各个工作模式进行了理论分析,给出了设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗和分压电容的电压偏差量的数学模型。制作了一台5k W的实验样机,实验结果表明逆变器的工作过程符合原理分析,所以该软开关逆变器可以有效地提高效率。     

双降压式全桥逆变器

为避免桥臂功率管直通问题和提高输入直流电压利用率,在全桥逆变器和双降压式半桥逆变器的基础上,提出了双降压式全桥逆变器(dual buck full-bridge inverter,DBFBI),该逆变器具有无桥臂直通、输入直流电压利用率高、效率高、续流二极管可优化选取等优点。半周期调制方式减小了功率管的开关损耗及导通损耗,分析了半周期调制方式下电路的工作模态,给出了电感电流连续与断续时输入输出电压关系。设计了采用滞环电流控制的双降压式全桥逆变器系统,通过控制逻辑设计使之实现了半周期运行模式。仿真和实验结果证明该逆变器具有高质量的输出电压波形和良好的动态响应特性。     

一种改进的单相无桥功率因数校正器

在无桥Boost功率因数校正器的基础上,采用耦合电感和两个二极管与开关管并联的方式,实现开关管体二极管零电流关断.同时将所有电感元件集成到一个磁芯上,提高了利用率,并利用耦合电感的漏感使并联支路二极管反向恢复电流降低,减少了电路反向恢复损耗.阐述了功率因数校正的原理,给出了单周期控制无桥Boost变换器实现功率因数校正的控制日标和实现方式,并采用基于单周期控制的专用芯片IR1150,进行实验验证.