电感与负载对V~2控制Buck变换器的动力学影响

在连续导电模式(CCM)时,V2控制Buck变换器的控制性能主要取决于输出电容的时间常数。基于离散映射模型,利用分岔图研究了输出电容时间常数较小时,电感与负载电阻对V2控制Buck变换器的动力学特性影响。结果表明,当时间常数较小时,V2控制Buck变换器工作在断续导电模式(DCM)次谐波或CCM混沌振荡状态,通过选择较小的电感或较大的负载电阻,该变换器将工作在正常的DCM周期振荡状态。PSIM电路仿真验证了分岔分析的正确性。     

DC-DC功率变换器中非线性现象的仿真研究

DC-DC开关变换器中蕴涵着丰富的非线性现象,混沌与分岔在变换器中存在着一定的产生机理和表现形式.对两种基本拓扑结构DC-DC变换器Boost、Buck的非线性现象进行了仿真研究,建立了两种变换器的离散迭代映射模型和精确开关模型,经过数字仿真,验证了存在于DC-DC变换器中的分岔和混沌现象.对闭环控制Boost变换器,深入分析了采用离散迭代模型和精确开关模型后仿真结果的差异及原因.所采用的数值仿真方法为DC-DC变换器的电路参数优化提供了理论工具.     

固定变比为1/3的双桥臂开关电容变换器的研究

摘要：开关电容变换器一直是一个重要的研究领域。近年来,随着交流场合应用的需要,AC-AC开关电容变换器在逐渐发展,主要集中在单桥臂的研究,对于双桥臂的研究较少,尤其在高频工作过程方面还有待发展。通过对各种直流、单相交流开关电容变换器的研究,发现所研究的开关电容变换器主要集中在对单桥臂实验波形、效率和等效电阻的分析,由于双桥臂的电路结构、工作过程比单桥臂要复杂,对其暂态工作过程的研究很少,而开关电容变换器的工作过程和等效电阻的研究对设计双桥臂开关电容变换器以及提高电路的稳态特性有着重要作用。为了更好的提升电路的性能和稳态特性,对1-2升压型双桥臂开关电容变换器在低频、高频的工作过程和换向过程进行了深入研究,给出了开关电容变换器的控制驱动方式,并通过高频分析进行暂态建模得到了等效内阻的表达式。最后通过仿真对分析结果进行了验证。     

1-2降压型双桥臂AC-AC开关电容变换器的研究

摘要：开关电容变换器一直是一个重要的研究领域。近年来,随着交流场合应用的需要,AC-AC开关电容变换器在逐渐发展,主要集中在单桥臂的研究,对于双桥臂的研究较少,尤其在高频工作过程方面还有待发展。通过对各种直流、单相交流开关电容变换器的研究,发现所研究的开关电容变换器主要集中在单桥臂实验波形、效率和等效电阻的分析,由于双桥臂的电路结构、工作过程比单桥臂要复杂,对其暂态工作过程的研究很少,而开关电容变换器的工作过程和等效电阻的研究对设计双桥臂开关电容变换器以及提高电路的稳态特性有着重要作用。为了更好的提升电路的性能和稳态特性,对1-2型双桥臂开关电容变换器在低频、高频的工作过程和换向过程进行了深入研究,给出了开关电容变换器的控制驱动方式,并通过高频分析进行暂态建模得到了等效内阻的表达式。最后通过仿真对分析结果进行了验证。     

Buck变换器频率引起的混沌及其控制

大多数关于变换器分岔和混沌的研究都是以直流电源电压作为变量进行分析和控制的。为了研究变换器开关频率对系统动力学行为和混沌控制效果的影响,以PWM模拟电压控制Buck变换器为研究对象,首先通过计算机仿真电路得到分岔图,分析了开关频率对系统的影响;然后利用硬件实验电路对单周期稳定、倍周期分岔和混沌3种不同状态进行相图分析,对分岔图进行验证;最后,采用参数扰动法实施混沌控制,研究了正弦谐波扰动信号幅值对控制效果的影响。通过选取特定的幅值比,经过计算机仿真电路得到新的分岔图,与混沌控制前的分岔图形成了鲜明的对比;通过选取特定的开关频率,经过混沌控制前后的电容电压和电感电流时域图,验证了混沌控制有利于提高变换器的稳态和暂态性能。有利于加深对变换器非线性动力学行为及其控制的认识和研究。     

基于二重积分滑动面的Buck变换器滑模研究

利用状态空间平均方法建立了Buck变换器的数学模型,该模型考虑了电容和电感的串联等效电阻,仿真结果与电路模型的仿真结果基本一致,其准确性较高;基于该数学模型,分别设计了PID控制和PWM滑模控制,滑模控制基于二重积分滑动面,并利用了电流信息。仿真结果表明,在负载突变情况下,基于二重积分滑动面的PWM滑模电流控制具有更好的动态响应特性和稳态误差调节特性。     

降压型双桥臂交流开关电容变换器研究

开关电容变换器研究主要集中在对单桥臂试验波形、效率和等效电阻的分析。随着交流场合应用需求的增加,双桥臂ACAC开关电容变换器逐渐发展。由于双桥臂的电路结构、工作过程较复杂,目前对其暂态工作过程的研究甚少。为了提升电路性能,对AC-AC开关电容变换器在低频、高频的工作过程和换向过程进行了深入研究。给出了该变换器的控制驱动方式,并对高频工作过程进行了理论分析。最后通过仿真对该变换器进行了验证。该变换器各功率开关管以及电容的电压应力研究,对于开关电容变换器在双桥臂领域的电路参数选择具有重要的参考价值。开关电容变换器的工作过程和换向规律,为双桥臂开关电容变换器的进一步研究奠定了基础。     

运算放大器工作原理的深度剖析

通过引入杠杆原理深度剖析运算放大器的工作特性,给出比较器与放大器、积分与比例积分电路、微分与比例微分电路、PID调节器的电路运算本质。如比较器与放大器的本质区别是反馈形式不同,积分电路的积分过程是恒流源对电容的充电过程,比例积分比积分快及比例微分比微分慢是因为串联电容的电阻起分压作用等。将电路原理映射到杠杆原理中,获得输入与反馈电路中的电阻电容对电路增益及相位的变化规律,用Saber软件仿真,结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

脉冲序列控制BIFRED变换器的脉冲组合和电压纹波

升压式-反激式集成的整流/储能直流-直流(BIFRED)变换器是由Boost电路与反激式电路集成实现的,具有电路简单、成本低、负载范围宽等优点,工程应用价值较高。脉冲序列(PT)控制技术是一种新的离散控制技术,比较适用于BIFRED变换器的输出电压调节控制,但PT控制存在着输出电压纹波较大的缺点,因此研究PT控制BIFRED变换器的输出电压纹波具有重要的物理意义。为了更好地表征工作在双断续导电模式(DCM-DCM)下的PT控制BIFRED变换器的电压调节控制性能,通过求解在1个开关周期内流过副边二极管的平均电流,得到了在1个开关周期内高、低功率脉冲作用下的输出电压变化量,由此获得了不同负载时PT控制DCM-DCM BIFRED变换器的控制脉冲组合,并进一步确定了相应的输出电压纹波。通过PSIM仿真软件和硬件试验,得到了不同负载下的时域波形,验证了控制脉冲组合、输出电压纹波理论分析的正确性及控制方案的可行性。     

基于触发模式的Buck电路输出电容ESR在线监测方法

电解电容作为滤波电容,广泛应用于开关电源模块中,但其性能衰退一直是开关电源模块失效的主要原因。针对Buck型开关电源模块输出电解电容的性能变化,选取等效串联电阻(ESR)与电容量作为监测目标,提出了基于触发模式的输出电容ESR与电容量在线监测方法。该方法采用开关信号的上升与下降沿作为触发信号,利用输出电压采样,实现了串联电阻的计算,并通过试验系统验证了方法的有效性。提出的方法避免了对电感电流的测量,简化了触发电路结构,且不改变开关电源模块拓扑,提高了该方案应用的便捷性。     

电流配比可调Buck并联电路变换器设计

本文主要在现有的Buck电路模块基础上,设计了一种实现输出电流可控和多路并联输出电流配比可调的Buck电路变换器。该系统由Buck驱动电路,供电电路,采样电路,控制电路构成。采用ARM公司STM32F407为主控制芯片产生控制驱动功率开关器件IGBT的PWM脉冲,对直流输入电压和各种不同类型的的直流负载实现电压电流双闭环PID算法控制。该系统输出电压闭环控制稳定,可以同时给多个负载进行供电,并且各路输出的电流的比例可调。仿真和实验结果验证了该项设计的稳定性和可行性。     

基于容许边界依赖ADT方法的DC/DC变换器控制北大核心CSCD

电力电子电路具有连续时间变量与离散事件互相混杂、互相作用的特点,是一类典型的混杂系统。基于混杂系统理论,利用多李雅普诺夫函数稳定性方法结合容许边界依赖平均驻留时间约束条件,设计了一种可使DC/DC变换器达到期望输出的切换规则,其稳定性控制条件通过解线性矩阵不等式(LMI)得到。在此基础上,加入了比例积分控制器保证DC/DC变换器在负载扰动下的稳定性。此控制方法能保证系统稳定,同时可有效抑制系统的抖振并降低开关频率。最后,通过仿真得出了Buck、Boost、Buck/Boost电路的仿真曲线,并搭建Buck电路实验样机进行了验证,结果证明了所提方法的有效性。     

微封装功率MOSFET应用(三)——减小功率开关冲击电流措施

功率开关用在控制负载电路通、断时,若负载前端有大电容,由于开关的导通电阻极小,若电容器的等效串联电阻(ESR)较小,开关在接通瞬间,电源对电容器的充电电流很大、形成冲击电流。冲击电流超过MOSFET的极限脉冲漏极电流IDM(IDM比连续漏极电流ID大3～5倍)时,若不采取措施,有可能使MOSFET损坏。图1是这种情况的示意图。功率开关接在电源与负载之间。负载电路前有一个大电解电容Co。     

一种新型交错并联型buck变换器

通过传统buck变换器的三端口网络模型中引入一个开关电容,得到了一种新型带开关电容交错并联buck变换器。通过对新型变换器进行理论分析可知,与传统buck变换器相比,当占空比D<0.5时,新型变换器不仅输出电流纹波减小,且在相同占空比下实现了更高的电压增益;同时开关管的电压应力减小,其电流应力均为输出电流的一半,有利于器件的选择和散热。因此新型变换器非常适合于低输出电压、大电流的场合及输入、输出电压相差较大的系统。最后通过仿真验证了理论分析正确性。     

Buck变换器的变分积分离散时间建模

关于开关功率变换器设计问题,为了提高变换器性能,一般采用离散时间模型进行电路非线性动力学分析和数字控制器设计.现有的离散时间映射模型由于矩阵指数和积分的存在,运算量非常大,进行了大量近似,导致模型精确度的降低,无法反映出电感电流纹波等动态特性,直接影响了动力学分析的准确性和数字控制器的性能.提出采用变分积分原理对Buck变换器建立离散欧拉-拉格朗日方程,进而推导出运算量小且精度高的离散时间演化映射模型.仿真结果表明,所建立的模型能真实反映电感电流纹波等动态特性,电流和电压跟踪误差仅为近似离散迭代映射模型的5％,精确度显著提高.     

基于强跟踪滤波器的开关变换器故障诊断

Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。广泛用于计算机、家用电器、控制系统和通信系统中的电源几乎都是开关电源,具有超快速负载动态响应、高功率变换效率、高功率密度、低电压、大电流的特性.开关变换器作为它的主要电路,故障率较高,对它故障诊断研究是有意义的。基于强跟踪滤波理论,给出了一种开关变换器电路故障实时诊断的一种方法。该方法以建立一种开关变换器电路状态空间模型为基础,利用强跟踪滤波器对电路状态及元件参数进行估计,当元件参数发生软、硬型故障时,根据强跟踪滤波器对元件参数的跟踪结果及修正的Bayes分类算法,可实时诊断开关变换器电路中的元件故障。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于键合图的电力电子电路建模与仿真

随着DC-DC变换器的实际应用领域的不断扩大,人们对变换器系统的稳定性提出了更高的要求,因此,精确而有效的建模和仿真对于变换器的发展有着重大的意义。本文以电力电子Buck电路为例,提出混合键合图模型和键合图平均模型两种模型,这两种模型都是在键合图建模理论的基础上,根据电路中开关控制方式的不同而得到的。首先经过分析得到Buck电路的两种键合图模型,并在GME(Generic Modeling Environment)软件中搭建模型,然后通过该软件将它转换为Matlab框图模型并仿真,最后将仿真结果与实际电路模型的输出波形进行对比分析,验证了两种模型的可行性和正确性。     

基于电力电子变换器邻接表的潜电路分析方法

潜电路分析(SCA)是保障电路系统可靠性的重要方法.本文通过研究电力电子变换器电路结构,提出了一种基于电力电子变换器邻接表模型的潜电路分析方法.该方法通过搜索变换器邻接表得到所有的电路模态,然后根据线索表去除冗余的和正常工作的电路模态,从而得到所有的潜在电路模态.最后以四阶升压谐振开关电容变换器潜电路分析为例,验证了所提出方法和设计软件的正确性.     

恒功率负载下DC-DC双向变换器分岔现象研究

研究了基于多级功率变换器下的直流微网结构,提出恒功率负载研究方法,建立了直流微网简化模型;根据简化模型,建立了DC-DC双向变换器在不连续运行模式下的离散映射,给出了系统稳定运行状态下迭代方程和反馈系数的计算公式;根据迭代方程得出电压与反馈系数的分岔波形图。电路仿真和实验结果表明,随着反馈系数的增大,系统将从稳定状态到分岔状态并逐渐过渡到混沌状态。     

电压模式Buck变换器混沌建模与控制研究

DC-DC变换器混沌现象与控制是复杂的非线性问题,而大部分该问题的仿真模型也是抽象的数学模块仿真模型.为了方便直观地研究,利用Matlab中simulink电路仿真模块建立了电压模式Buck变换器电路仿真模型.推导获得了变换器非线性系统的精确离散模型,并在经典OGY方法的机理上,给出了应用上述方法控制变换器混沌状态的控制序列.结合所建电路仿真模型仿真分析Buck变换器由周期分岔直至混沌与OGY控制混沌回到稳定的一周期轨道的过程.仿真结果表明,所建仿真模型准确而直观地验证了离散模型的正确性及OGY方法的有效性.