Boost型DC-DC变换器无源控制研究

首先建立了Boost型DC-DC变换器平均数学模型和EL(Euler-Lagrange,EL)模型,基于变换器的无源性和EL模型,利用阻尼注入方法设计了无源控制器。由于无源控制器对变换器的输出电压控制为间接控制,可产生输出电压稳态误差;对此,提出利用输出电压与期望输出电压差对期望输入电流调整,以抑制输出电压稳态误差。具有期望输入电流调整的无源控制器,可使Boost型DC-DC变换器具有良好的动态与稳态性能。计算机仿真结果表明,本文的Boost型DC-DC变换器无源控制策略是可行的。     

光伏电池输出电压的稳定性分析

在光伏系统中,光伏电池以及相应的变换器均表现出非线性的特征,从而给控制系统的设计带来很大困难.本文分别选用Buck以及Boost变换器,对最大功率跟踪模式下光伏变换系统中光伏电池输出电压的稳定性,进行了频域内分析;针对传统的Boost变换器在光伏电池的宽电压输出范围内,难以维持稳定输出的特性,提出采用三态Boost变换器代替传统的Boost变换器,进行光伏电池输出电压的控制,理论分析表明,所采用的三态Boost变换器能够有效拓宽光伏电池输出稳定电压的范围、提高光伏系统的稳定性.仿真结果进一步证实了以上结论的正确性.     

输出电压纹波对电流型Boost变换器稳定性的影响

研究了电流型Boost变换器输出电压纹波对变换器稳定运行的影响。通过建立考虑变换器输出电压纹波的电感电流频闪映射，得到了变换器稳定运行的条件。该条件表明，Boost变换器的输出电压纹波对变换器稳定运行的边界有显著影响。经过一些合理的假设，得到了利用变换器电路参数预测占空比的稳定边界的一个解析表达式。在此基础上，基于能量守恒原理得到了输出电压存在纹波时，电流型Boost变换器稳定参数域预测的解析表达式，该式能够较好地预测变换器的稳定参数域。     

一种多路输入高升压Boost变换器

针对光伏发电系统模块多、输出电压低等问题,提出了一种多路输入高升压Boost变换器。首先分析了2路输入高升压Boost变换器的工作原理及性能特点,然后通过拓扑推演,得到了n路输入高升压Boost变换器。在此基础上搭建了输出功率为100 W的实验样机,实验结果表明:n路输入电压平衡时,输出电压与输入电压之比是Boost变换器的n倍;控制简单,无论各个输入电压源电压相等与否,均可以通过一套控制系统实现输出电压恒定;开关器件电压应力低,可以选择额定电压低的器件,有利于提高变换器效率。     

PI补偿固定关断时间电流型控制Boost变换器的次谐波振荡机理及失稳边界

当电压外环反馈增益较大或变换器输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较大时,采用比例积分(proportional-integral,PI)补偿的固定关断时间电流型(fixed off-time current-mode,FOT-CM)控制Boost变换器存在次谐波振荡现象,导致变换器工作在不稳定状态。PI补偿器中补偿电容电压是变换器电感电流和输出电容电压的线性组合,由此建立了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的降阶离散时间模型,研究了电压外环反馈增益和输出电容ESR对变换器稳定性的影响,阐述了次谐波振荡现象的产生机理。进一步,通过近似降阶离散时间模型,得到了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的近似临界稳定条件。结果表明,当输出电容ESR较小时,随反馈增益的增大,PI补偿FOT-CM控制Boost变换器通过倍周期分岔失稳;随着输出电容ESR的增大,变换器通过边界碰撞分岔失稳。为了避免次谐波振荡现象的产生,变换器需采用ESR较小的输出电容,且电压外环需设计较小的反馈增益。实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种新型准Z源三电平Boost直流变换器的研究

针对共地三电平Boost直流变换器的飞跨电容电压严重偏离1/2输出电压及准Z源Boost直流变换器的开关器件电压应力大等问题,提出一种新型准Z源三电平Boost直流变换器结构,并采取交错调制作为变换器控制策略,更好实现增益宽、电压应力小等特性;利用MATLAB软件,仿真验证了所提变换器可有效解决飞跨电容偏离1/2输出电压、开关器件的电压应力大于1/2输出电压等问题。     

一种基于PT控制的改进型Boost变换器

提出一种改进型Boost变换器,有效抑制了基于脉冲序列(PT)控制的Boost变换器工作在电感电流连续模式(CCM)时出现的输出电压低频波动现象。分析了该变换器工作在一个开关周期内不同模态的等效电路及能够抑制低频波动现象的原因。仿真和实验结果表明改进型Boost变换器具有输出电压无低频波动的优点。     

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。     

DC-DC Boost变换器控制算法的研究

为了改善DC-DC Boost变换器的性能,在电压控制模式的基础上,设计了PI控制器,对输出电压进行控制。分析了DC-DC Boost变换器的基本原理,推导了变换器的传递函数。本文用Ziegler-Nichols方法和Loop-Shaping方法计算出PI控制器中Kp和Ki的值,进而通过Matlab仿真和实验,比较了两种方法的输出响应,得出结论:采用Loop-Shaping方法能更好改善变换器的性能。     

全输入电压范围高功率因数脉冲序列控制DCM Boost PFC变换器

定占空比控制DCM Boost PFC变换器的开关管导通占空比固定,存在输入电流畸变,导致输入功率因数较低。为实现DCM Boost PFC变换器的单位功率因数,需要根据输入电压与输出电压调整占空比,由于运算复杂,低成本的数字控制难以实现。提出了一种DCM Boost PFC变换器的脉冲序列(pulse train,PT)控制方法,以离散化的方式拟合变占空比函数,运算量小,适用于采用低成本的数字控制芯片。实验结果表明,PT控制DCM Boost PFC变换器具有比定占空比控制DCM Boost PFC变换器更高的PF和更低的输出电压纹波。     

变占空比控制二次型Boost功率因数校正变换器

与传统电流断续模式(DCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器相比,定占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波明显减小,然而,其功率因数(PF)低于传统DCM Boost PFC变换器,并随输入电压的增大而下降。针对此问题,提出了变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器,研究了其PF和输出电压纹波的表达式,通过占空比的拟合,给出了相应的控制电路。在90~220V输入电压范围内,变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的PF均接近于1,且具有较小的输入电感电流纹波和较低的输出电压纹波,实现了高功率因数与低输出电压纹波特性。实验结果验证了理论分析的正确性。     

新型Boost逆变器的积分滑模控制

Boost逆变器是一种输出电压幅值可以大于或小于直流输入电压的新型逆变器拓扑。提出了基于DSP的高性能Boost逆变器系统的设计方法,采用离散积分滑模控制对逆变器进行控制,并试制了实验系统来证明理论的正确性和可行性。最后将给出系统的试验结果。     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

Boost斩波器在功率源负载下的动态特性与控制方法

为更方便、经济地研究分布式发电单元的电特性,可用Boost斩波器对发电单元直流特性进行模拟。分布式发电单元在功率变化过程中的直流特性较为复杂,因此在功率源负载下将Boost斩波器的二阶非线性状态方程近似线性化,并根据其特点采用输出反馈控制法,对输出电压和电流分别加以调节。由于采用数字控制,故对斩波器及控制器离散化模型进行了详细分析,根据稳定性判据得出控制参数取值范围。给出并分析了斩波器在恒功率、恒压、变压变功率情况下的实验波形,验证了该控制方法的有效性。     

峰值电流控制二次型Boost变换器

二次型Boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注.与传统Boost变换器相比,二次型Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性.本文提出将二次型Boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策略,简化了控制环路设计.实验结果验证了峰值电流控制二次型Boost变换器具有瞬态...     

适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联Boost变换器

设计了一种适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联boost变换器,采用多路交错并联结构有效降低了系统重载下的输出电压纹波,理论空载最大输出电压120 V,最大输出功率119.2 W,重载下电压纹波低于5 mV。分析了交错并联Boost变换器的并联路数和每路电感放电时间间隔等参数对输出电压纹波的影响,并提出利用单路Boost变换器输出参数估算多路电压纹波的方法,可为交错并联Boost变换器并联路数的确定提供依据。     

BUCK-BOOST变换器的无源性电流控制方法

为了简化系统控制结构,提高Buck-Boost变换器的控制性能,本文提出了一种通过直接控制电感电流间接控制输出电压的Buck-Boost变换器无源性电流控制方法。首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉-拉格朗日能量模型,然后基于无源性理论和Layapunov稳定性理论,推导出了系统的无源性控制规律。实验结果表明,系统输出电压稳定,鲁棒性较强,动态响应良好。     

一种基于改进下垂法的随机交错电流分配Boost变换器

针对下垂法输出电压降低的问题,在Boost电路非线性控制的基础上提出了改进下垂法的DC-DC并联技术。控制系统采用三环控制和滑模变结构控制使各模块根据输出电压下垂程度同时调节,补偿输出电压的下垂。引入随机技术可以实现各模块交替调节,提高了系统的稳态特性。各模块电流按一定比例进行分配,提高了系统的灵活性。通过仿真验证了系统具有良好的稳态精度和瞬态响应。     

三相Boost并网逆变器的离散时间预测控制

三相Boost并网逆变器工作在直流输入电压小于电网电压峰值的场合,具有输入电压调节范围宽的优良特性,适合用于燃料电池、光电池等可再生能源系统的单级并网发电.提出一种三相Boost并网逆变器网侧电流的离散时间预测控制.该方法在每一个采样周期内,利用逆变器输出电流的离散时间模型和逆变器产生的7种电流空间矢量,预测逆变器下一个采样周期的网侧电流,并以该电流与理想网侧电流的误差最小作为优选指标,确定下一个采样周期的开关信号.该方法不需要传统Boost逆变器控制中的任何调制策略,方法简单,实现容易.实验结果表明,采用离散时间预测控制的三相Boost逆变器并网系统具有优良的并网性能.