单Buck/Boost集成三端口双向DC/DC变换器研究

将双向Buck/Boost电路与DAB集成在一起构成三端口双向DC/DC变换器,Buck/Boost电路和DAB在原边共用功率开关管。DAB的移相角控制变压器两侧的能量双向流动,从而控制输出侧电压,而双向Buck/Boost电路的占空比用来控制前级母线电压,该端口可接入光伏等新能源,前级全桥单元采用交错并联PWM方式可自动实现变压器原边伏秒平衡。该文分析系统稳态特性及软开关特性,在前级母线电压宽范围幅值变化的情况下,所有的功率开关可在宽范围内实现软开关,最后通过实验样机进行方案验证。     

一种谐振型双半桥+全桥三端口DC-DC变换器

提出一种谐振型双半桥+全桥三端口DC-DC变换器,各端口间均可实现功率双向流动。首先,分析该三端口DC-DC变换器的工作原理;其次,建立变换器稳态模型并分析功率传输特性和软开关特性;然后,对端口间功率耦合原因进行分析并提出硬件解耦方法;最后,通过磁集成降低磁元件数量,并通过仿真和样机实验验证所提三端口变换器硬件解耦的可行性以及磁设计和控制方案的正确性。     

基于输出端谐振解耦的三端口直流变换器

针对三端口变换器的功率耦合问题,提出基于输出端谐振解耦的三端口变换器,通过在输出端全桥构造谐振腔来解除控制量对光伏端口和储能端口的功率耦合作用,将三端口变换器等效为2个输出并联的二端口变换器,并直接沿用二端口变换器系统的控制策略,使控制过程更加简单平滑,降低三端口变换器的控制环节设计难度。首先介绍变换器的拓扑结构,并分析电路的功率传输特性和变换器的控制稳定性;搭建输出功率500 W的实验样机,对拓扑结构和控制策略的有效性进行验证。     

一种应用于光伏系统的软开关双向直流变换器

文章设计了带有源缓冲电路的软开关双向直流变换器,在光伏系统高压侧与低压侧能量交换的过程中,该变换器通过有源缓冲电路实现了其开关管的软开关,很好的解决了开关管寄生二极管的反向恢复问题。根据文章理论试制了一台200 W样机。由实验可知,变换器在boost,buck工作模式下均实现了其开关管的零电压开关,有效减少了变换器的开关损耗。与传统双向直流变换器相比,文章提出的软开关双向直流变换器在较大的负载范围内具有最优效率曲线,表现出良好的性能。     

一种新型单级双向隔离AC-DC变换器

提出一种适用于V2G(Vehicle tǒgrid,VZG)和电网-蓄电池储能等系统的单级双向隔离AC-DC变换器。该变换器可实现高效率、高功率密度,及能量双向传输。该文介绍该变换器的工作原理、功率传输特性,分析并设计软开关ZVS(zero voltage switching,ZVS)的实现,最终可在宽增益范围和全负载情况下实现软开关,并制作一台500 W的实验样机进行验证。     

一种应用于航天器分布式供电系统的ZVS三端口DC-DC变换器

提出一种应用于航天器分布式供电系统的零电压开关（ZVS）三端口DC-DC变换器（TPC）。对于集成双Buck/Boost双有源桥DC-DC变换器型TPC，一次侧开关管的ZVS范围与3个端口的电压及3个端口之间的传输功率有关。为了实现一次侧开关管ZVS范围的扩展，提出在电路拓扑结构中引入基于耦合电感的辅助电路，相较于传统ZVS实现方法，该拓扑可防止蓄电池端口电流波形上的陷波，进而有利于航天器分布式供电系统中蓄电池寿命的延长。此外，磁耦合电感可减少电感数量，不仅起到滤波作用，还为主开关管提供ZVS实现条件。最后，搭建TPC样机进行实验验证，结果验证该拓扑与控制方法的可行性。     

改进型Sepic变换器在光伏MPPT系统中的应用

设计了一种基于三开关的改进型Sepic变换器,将其应用于光伏发电系统最大功率跟踪(MPPT)控制中。基于改进型Sepic变换器的光伏发电实验系统进行了实验研究,实验结果表明了采用该改进型的Sepic变换器在传输效率和故障隔离方面的优越性。     

双串联谐振双向三端口DC/DC变换器选频解耦控制研究

针对双串联谐振双向三端口DC/DC变换器,提出一种可抑制寄生漏感影响的选频解耦控制方案。通过分析输出绕组漏感对两输入端口耦合关系的影响,选择特定开关频率和谐振频率比值,抑制两输入端口之间的功率耦合关系,实现对多输入端口功率解耦控制的目的。分析解耦系统的稳态工作模式,确定变换器不同工作模式下各端口功率特性,并采用移相控制策略实现恒压输出及各端口功率的自动平衡调节。仿真和实验结果验证了上述理论的正确性和控制方案的可行性。     

基于中心抽头变压器的双有源桥双向直流变换器

通过在传统双有源桥的变压器副边增加一个中心抽头并连接一个电容桥臂,提出一种改进的双有源桥双向隔离变换器,其可在宽增益范围和负载情况下实现所有功率开关管的ZVS软开关。通过调节副边全桥的桥内移相角,动态补偿实现软开关所需要的反向电流,可使所有开关管实现完全的ZVS软开通。首先分析变换器的工作原理,根据3个控制量之间的关系划分为6种工作模式。推导该变换器在不同工作模式下传输功率与控制量的关系式,详细分析软开关条件,筛选出各模式下ZVS软开关条件最差的开关管,并提出一种有效的控制方案。最后通过一台1 kW的实验样机进行实验验证。     

一种光伏系统高增益非隔离三端口变换器

针对目前光伏系统的三端口变换器效率不高以及输出电压增益有限等问题,提出了一种应用于光伏系统的非隔离三端口变换器。该变换器采用非隔离结构,无需使用变压器,并通过3个开关管实现变换器各端口间的能量控制。该变换器结构简单,在具有高输出电压增益的同时又具有较高的效率。在理论分析的基础上试制了一台300W样机,由实验可知,非隔离三端口变换器在3种工作状态下的实验波形与理论分析一致,能够满足光伏系统对能量管理的需求。通过效率测试可知,非隔离三端口变换器在输出功率较高时,其效率性能最优。     

非隔离储能型三端口开关升压变换器在光伏系统中应用的研究

提出一种非隔离型三端口开关升压变换器并将其应用到光伏发电系统中。该拓扑综合开关升压网络特性,通过控制3个自由度使端口间具有升压、降压、升降压特性,具有结构简单、体积较小和成本较低的优点。分析其拓扑在不同工作模式下的工作状态来实现系统的功率流动管理,阐述其控制策略来完成不同工作模式间的平滑切换,最后通过仿真和实验验证上述理论的正确性以及在光伏系统中应用的可行性。     

准Z源软开关高增益DC-DC变换器

为使光伏系统能够稳定地输出逆变器母线所需高压直流电，需使用高增益DC-DC变换器来实现光伏组件电压等级提升，基于此设计一款准Z源软开关高增益DC-DC变换器应用于光伏系统中。在准Z源框架基础上使用有源开关管替换二极管并嵌入耦合电感和开关电容模块，可实现软开关、高电压增益以及高效率。介绍该变换器的工作原理，分析稳态下性能表现，并与同类型变换器进行比较，结合变换器的建模仿真及样机实验，验证理论分析的正确性。     

一种用于光储系统的部分功率三端口直流变换器

针对光储系统提出一种三端口拓扑结构,该拓扑通过在基于移相全桥的部分功率变换器上扩展出蓄电池端口,来克服部分功率变换器抗输入扰动能力差的缺点,且蓄电池端口具备功率控制功能,有利于提高光储系统功率密度。首先给出电路建立过程,并给出功率传输的数学描述和小信号模型,给出变换器控制策略。仿真与实验结果表明,变换器的电压稳定性得到提升并实现最大功率点跟踪、充放电控制和负载电压稳定的功能,且在切载时具有良好的动态性能。     

一种基于两电感变换器的高压侧移相调制策略

针对电流型两电感变换器存在的高电压尖峰和硬开关问题,以电流型两电感双向直流/直流(direct current/direct current,DC/DC)变换器为基础提出一种高压侧移相的调制策略,使其更适合应用于燃料电池汽车中。该调制策略采用定频PWM控制,在全负载范围内可实现低压侧开关管的自然换流和零电流开关(zero current switch,ZCS)关断,进而抑制关断电压尖峰;通过调节低压侧开关管占空比,可调节变换器功率和增益;通过调节高压侧移相角,可调节电流峰值,控制漏电感电流有效值,从而降低电路整体导通损耗,提升变换器效率。该文首先介绍电路的升压和降压模式的工作原理,然后分析占空比和移相角对电流有效值的影响,最后建立一台400 W的样机,对所提调制策略进行实验验证。     

基于准谐振软开关技术的反激式光伏微逆变器研究

针对传统集中式光伏发电存在热斑及转换效率低等问题,分析了反激式微型光伏并网逆变器的工作原理及准谐振软开关技术,研究了一种反激式微逆变器的准谐振软开关的数字实现方法,无需外加辅助电路就可实现主功率开关管的零电压开通,减小了电路的设计难度和成本,有效提高了反激式微逆变器的转换效率和可靠性。通过仿真和试验验证了该方法的可行性。     

一种光伏发电系统的双扰动MPPT方法研究

针对一种开关电容(SC)的电路结构,在此基础上提出一种双扰动观察(PO)算法,形成双向互补控制的最大功率点跟踪(MPPT),通过不同收敛域的双扰动同时提高静态稳定特性和动态响应特性,其互补控制实现死区的自返回,利用Matlab仿真软件构建基于开关电容变换器的MPPT算法模型,模拟任意参数的光伏阵列,动态跟踪光照强度和环境温度的变化,通过光伏发电平台对该开关电容变换器的MPPT控制策略进行实验验证。仿真和实验结果表明:该方法能在一定范围内对太阳电池输出功率进行跟踪调节,可快速稳定地启动并减少误判,有效降低系统输出功率在最大功率点处的振荡现象,减小光伏组件的能量损耗。     

超级电容储能的高性能集成三端口变换器设计及仿真模拟

作为当今主要的电化学储能元件之一,超级电容因其功率密度高、工作条件限制少等优点具有广阔的发展前景.为了更好地发挥超级电容的优越特性、降低系统的成本,本工作提出一种适用于超级电容储能的集成三端口变换器.超级电容储能端口通过双向Cuk变换器与输入端口连接,既能满足超级电容宽电压工作特性带来的升降压要求,还能获得连续、纹波小的端口电流.另一方面,超级电容和输入端口均通过boost-半桥变换器与输出端口连接,并与双向Cuk变换器实现深度的元件复用,因此所需元件少、成本低.根据输入端口和输出端口之间的功率关系,所提出的集成三端口变换器共有四种不同的工作模态.在不同模态下,变换器的工作原理基本相似,仅端口电流的大小和方向将发生改变,具有良好的一致性.本文以输入端口同时向超级电容储能端口和输出端口传递能量的模态为例,详细分析了变换器的工作原理,并进一步推导出了三个端口之间的电压增益、元件的电压电流应力.最后,通过搭建仿真模型,验证了变换器工作在四种模态下的有效性.本研究有助于推动集成三端口变换器在超级电容储能系统中的应用,继而助力超级电容储能的进一步推广应用.     

光伏发电系统的新型DC/DC变换器设计

针对传统全桥DC/DC变换器存在的硬开关损耗和因开关管开关特性不一致使变压器原边磁芯单向饱和问题,设计了一种用于光伏发电系统中的移相ZVS全桥DC/DC变换器,控制电路采用基于芯片UC3875的双环反馈方案,驱动电路由专用驱动集成芯片IR2110S构成.不仅实现了开关管的软开关控制、降低开关损耗、提高系统效率,还可解决偏磁问题,使变压器的磁通密度工作接近于饱和点.实验样机的研制验证了设计的可靠性.     

大容量储能系统三电平双向DC/DC变换器的研制与仿真

设计了一种适用于大容量储能系统的三电平双向DC/DC变换器,其拓扑采用可承受大电压的高频隔离双半桥三电平结构。介绍了三电平双向DC/DC变换器的工作原理和开关器件应力情况,分析了在单移相调制策略下的工作特性以及功率特性和软开关条件,并设计了闭环控制系统。通过仿真实验表明,该变换器具有开关管电压应力小,适用于大电压大功率场合;开关管工作在高频软开关条件下,功率密度高;输出电压稳态无差等特点,可满足大容量储能系统的工作要求。     

一种宽输入范围的双桥LLC谐振变换器

提出一种新型的宽输入电压范围的双桥LLC谐振变换器。该变换器可以看作是由全桥LLC电路和半桥LLC电路共同构成。相比于传统的变频控制,该变换器采用定频PWM控制,励磁电感值对变换器增益影响较小,可简化谐振参数选择过程,且更有利于磁性元器件的设计。变换器在全负载范围内能够实现原边开关管的ZVS开通和副边二极管的ZCS关断。首先详细介绍该变换器的拓扑结构和驱动时序及工作原理,然后对增益特性及软开关进行分析。最后搭建1台120~240 V输入、24 V/20 A输出的实验样机,对理论分析进行验证。