高增益电流型直流升压变换器研究

本变换器作为能馈电子负载的第一级,需要满足低压大电流输入、高增益,同时输入电流纹波小的要求,为此本设计采用高增益电流型直流升压变换器-级联升压Boost变换器。交错并联输入可以有效减小输入电流纹波,两级Boost级联可以方便提高升压比。文中给出了变换器中电感的设计、开关管的选择、输入电流闭环的设计,以及同步整流技术在该变换器中的应用。最后设计制作了一台3.3 V输入、48 V输出、330 W试验样机,试验结果满足能馈电子负载的要求。     

基于PISO有源箝位电流型半桥的1V输入48V输出200W模块设计

为了满足能馈电子负载对直流升压变换器低压大电流输入、高增益和输入电流纹波小的要求,提出了输入并联输出串联(PISO)有源箝位电流型半桥电路。该变换器以有源箝位电流型半桥电路为基本单元,具有所有开关管可零电压开通和控制简单的优点。分析了该电路的工作原理,给出了变压器漏感的设计。针对恒流输入的要求,给出了基于dsPIC33FJ16GS504的输入电流恒流控制设计方法。最后,设计制作了一台1V输入、48V输出200W实验样机。实验结果表明,该电路适用于低压大电流输入的能馈电子负载。     

一种适用于低压大电流的双向DC/DC变换器

在电动车应用中,电池的性能和寿命是关键问题,需要一个双向DC/DC变换器对单体大容量蓄电池或并联电池组进行升压和充放电管理。介绍了一种适用于低压大电流的双向DC/DC变换器。它采用磁耦合技术构成电感,减小了磁元件的个数和电感的磁损,同时有很好的稳态和瞬态响应。为了提高变换器的变换比率,采用了半桥结构实现了倍压功能。实验证明,该变换器适用于低压大电流场合。     

航空用低压大电流功率变换器稳定性分析

本文对航空用低压大电流功率变换器系统稳定性进行分析,该变换器采用电流型PWM控制器UC3843,使用电流模式控制的DC-DC变换器,斜坡补偿电路是保证这种控制模式稳定工作的关键所在。本文从理论上对斜坡补偿的作用进行分析,并采用Saber软件对电流模式控制的变换器进行了仿真,通过仿真分析得到斜坡补偿和系统稳定性的关系。     

一种采用倍流整流的移相全桥ZVZCS直流变换器

常规的移相全桥ZVS控制的变换器,滞后臂较难实现ZVS,同时换流时的环流也会降低变换器的效率.另外,传统的输出全波整流设计,其大电流增加了输出滤波电感和变压器的体积以及整流管上的电压应力,这不利于用在低压大电流输出场合.为此,针对较高输入电压的光伏发电系统,提出了一种适宜于应用在低压大电流输出场合的倍流整流移相全桥ZVZCS变换器拓扑结构,实验验证了电路结构的正确性,并能应用在蓄电池控制器主电路中.     

输入并联输出串联有源箝位电流型半桥研究

针对能馈电子负载低压大电流输入、高增益和输入电流纹波小的要求,这里提出了输入并联输出串联(PISO)有源箝位电流型半桥电路。该电路可实现所有开关管的零电压开通,控制简单,同时增大了输入电流容量,减小了输入电流纹波,实现了输出电压倍压。这里给出了在能馈电子负载应用中变换器的变压器匝比、漏感、次级整流方式和输入电流恒流控制的设计方法。最后,设计制作了一台1 V输入、48 V输出200 W实验样机。实验结果表明,该电路在低压大电流输入情况下工作稳定,满足能馈电子负载的要求。     

低压大电流LCC谐振变换器研究

研究了倍流整流不对称半桥串并联谐振变换器,即LCC谐振变换器在低压大电流场合应用的可行性。在分析变换器工作模态的基础上,利用基波近似法(Fundamental Harmonic Approximation,简称FHA)建立了变换器的稳态模型,推导出直流增益表达式,依此表达式在MathCAD软件中绘制了不同负载下的输出电压-频率曲线,并根据曲线设计了实验参数。制作了一台输出为12V/1kW的样机,并给出了实验波形。实验结果表明,变换器在不同负载下均能实现软开关,证明LCC谐振变换器可以应用于低压大电流场合。     

基于移相全桥ZVS及同步整流的低压大电流直流变换器研究

解决开关电源的功率损耗问题是提高电源效率、性能、可靠性的关键。传统低压大电流直流变换器,使用二极管整流,难以实现在高电流输出情况下降低损耗。选择了综合全波整流和桥式整流两者优点的倍流整流器,并且使用MOSFET并联同步整流技术,结合了变压器原边移相全桥ZVS电路,实现了28.5 V/400 A的低压大电流输出。基于双环控制,搭建了直流变换器模型与实验平台,通过仿真与实验验证,证明了电路拓扑以及控制策略的可行性。     

大功率低压大电流移相全桥变换器的混合控制

本文提出了一种针对移相全桥PWM DC-DC ZVS变换器的变PI参数控制与智能积分相结合的混合控制策略，以满足大功率低压大电流DC-DC 变换器输出的动态性和稳态性的要求，并利用TMS320F240作为控制芯片。实验结果证明了方案的可行性。     

基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

一种精确计及双馈风电机组损耗的潮流计算方法

针对目前含双馈风机的风电场潮流计算无法精确计及双馈风机内部损耗的问题,建立了含双PWM变流器影响的双馈风力发电系统模型,通过同时考虑双馈风力发电系统功率的流动关系和双PWM变流器损耗对双馈风力发电系统的输出功率影响,实现了双馈风机内部损耗的精确计算;将发电机定子、转子和虚拟内节点以及变流器节点作为潮流计算中的节点接入电网,进行潮流计算,并将结果与现有不考虑变流器损耗的方法进行对比,研究结果表明低风速时两种模型下的风电机组效率的差异较大;高风速时在潮流计算精度要求不高情况下,可忽略变流器损耗对风力发电系统的影响。     

电动汽车直流变换器中高压MOSFET的振荡分析与改善

电动汽车需要高功率密度、高效率、高可靠性的高压到低压DC-DC变换器来给车内的低压电子负载提供电源。ZVS移相全桥拓扑利用电路寄生元件实现器件零电压开关,具有开关损耗低、工作频率高、功率器件开关应力小、变换器可靠性高等优点。当出现导通延迟现象时,普通功率MOSFET在移相全桥变换器中由于体二极管反向恢复特性差不能及时清除内部载流子,会导致器件在开关过程中出错,进而影响系统的可靠性。英飞凌新型过AEC-Q101认证高压功率COOLMOS CFDA带有极快速的体二极管,并具有极低的导通电阻。实验表明在移相全桥变换中使用CFDA能够减小潜在体二极管反向恢复问题,提高系统效率以及可靠性,尤其适用于车用HV-LV的DC-DC变换器。     

电压源换流器开关器件损耗建模

IGBT在电力电子装置中得到了大量应用,尤其是在高压大功率电压源换流器领域,而电压源换流器损耗分析一直是电力电子领域的一个研究热点。为了能对电压源换流器损耗进行精确分析,提出一种基于波形拟合理论的绝缘栅双极晶体管与二极管的损耗分析模型。建立的损耗模型充分考虑了电压源换流器不同开关里导通电流变化对于二极管反向恢复过程参数及损耗的影响,该模型还考虑了二极管与IGBT器件相互关系,器件电压、电流、结温变化对损耗的影响,特别计入了电流拖尾过程、电路杂散电感参数的影响。搭建了2.5kV输出Boost实验电路对该损耗模型进行验证,实验结果对比证明了该损耗模型的正确性和有效性。提出的损耗模型适用于电压源换流器型直流输电(voltage sourceconverter high voltage direct current,VSC-HVDC)、静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCON)、统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)等高压大功率应用场合的电压源换流器损耗分析。     

Teaching nonlinear modeling, simulation, and control of electronic power converters using MATLAB/SIMULINK

This paper describes an efficient method to teach analysis and simulation of power electronic converters to undergraduate students, using system level nonlinear state-space models. System-level modeling of power electronic converters reproduces only the ideal switching behavior of the semiconductors and is a useful concept for the numerical simulation of power converters, since simulations present no convergence problems and require little computational time. Switched state-space models, programmed in the MATLAB/SIMULINK software package, can be advantageously used to simulate power converters at the system level and also to design and study their controllers. Switched state-space nonlinear models should be obtained using a theoretical framework suitable for the enhanced control of variable structure power systems. Since the method is inherently nonlinear, no approximated linear models are needed; and since state-space models are used, modern control techniques (sliding mode, neural networks, fuzzy logic) for power converters can easily be used. This paper summarizes the proposed methodology and gives some examples.     

一种新的开关拓扑变换方法及新型多电平交-交变流电路

该文提出多电平电路可以通过对基本开关单元的延拓的方法导出，并采用该方法导出了几种新型的多电平交流一交流电流电路，其中包括多电平交流斩波电路和多电平矩阵电路。文中详细分析了3电平交流斩波电路和3电平矩阵电路的工作原理，介绍了3电平矩阵电路所采用的控制方法。与传统电路相比，新的3电平电路可利用的电平数增加1倍，输出电压谐波含量得以减小，并且可以采用较低电压等级的功率器件实现高电压、大功率的交流一交流变换。对这两种电路分别进行了仿真和实验，证实了电路的可行性和该文分析的正确性。     

双PWM控制能量回馈电梯传动系统的设计

双PWM交流传动系统由于其高功率因数、低谐波污染和能量可逆已成为"绿色电能变换"的新星之一,而空间矢量PWM与普通的SPWM控制相比具有直流电压利用率高,开关频率低,动态性能好的优点.给出了一种基于TMS320LF2407A和IPM(智能功率模块)全数字双SVPWM控制能量回馈电梯传动系统的实现方案.首先介绍了主电路及其工作原理,然后着重描述了两个变换器的控制方案和系统硬件电路设计;最后给出了原型机的运行结果.实验结果表明,该系统电路简单,功率因数高,电流电压谐波小,节能效果明显.     

IGCT变流器吸收箝位电路的参数设计

近年来对风机容量的要求出现了爆发式增长,已达3~7 MW。此外,并网谐波控制、低电压过渡等风机并网标准越来越严苛。以集成门极换流晶闸管(integrated gatecommutated thyristor,IGCT)为核心的中压直驱全功率变流装置既可满足风机的大容量要求,又能灵活实现电网故障过渡、电网无功支撑等要求,成为大容量风机的最优选择。在IGCT变流器中,箝位电路的参数将直接影响器件SOA、最小脉宽与并网电流质量,是风机功率模块设计中十分重要的部分。提出一套IGCT变流器吸收箝位电路的优化设计方法,显著简化了箝位电路的设计过程。在对箝位电路换流工况进行详细分析的基础上,提出了箝位电路的等效电路。根据等效电路进行了响应分析,综合考虑箝位电路的设计原则,找到了优化参数的选取方法,从而降低了最小脉宽限制,提高了动态恢复速度。给出了设计实例,并进行了仿真与实验验证。     

基于MPPMSG及混合式3L变流器的新型风电变换系统的设计和比较

在MW级大功率直驱风电系统中,发电机出口电压等级经常采用较低的690V,因此额定电流等级比较高,这对于全功率变流器设计是不利的.常规的解决方案是采用传统的两电平变流器并联来分摊容量,但是这是一种效率不高的解决方案.相比之下,多电平变流器具有较高的效率以及优越的谐波性能,只是在低压应用中半导体成本很高,而且还存在电容电压...     

An Investigation of Capacitors for Flying Capacitor Converters

Multilevel converters can essentially reduce harmonics even when their switching frequency is low. Among the various topologies of the multilevel converters, flying capacitor converters are considered to be promising converters for realizing high power density. However, the main circuit of the flying capacitor converters has many capacitors. Therefore, in this study, the volume of the capacitors in the flying capacitor converters is determined by taking into consideration the allowable ripple voltage and temperature rise in the capacitor. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(4): 81–91, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22361     

Recent progress on CMOS successive approximation ADCs

Recent progress in CMOS integrated successive approximation (SAR) analog‐to‐digital converters (ADCs) is remarkable in terms of architecture and performance. Because of the inherent non‐necessity of active circuit elements such as operational amplifiers, the SAR architecture is suitable for fine CMOS processes. By using a time‐interleaved architecture, it achieves a very high speed conversion rate of 90 G‐sample/s with an 8‐bit resolution. Also, for applications with very low power consumption, such as wireless sensor nodes, it achieves 84 nW at 10‐bit, 200 k‐sample/s. A high signal to noise and distortion ratio (SNDR) can also be achieved by using several techniques such as an SAR architecture that combines oversampling and noise shaping. This survey paper explains the progress made recently in SAR‐ADC circuit techniques and the achieved performances. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.