高频隔离并网系统中LLC谐振变换器频率跟踪策略研究

在高频隔离并网系统中,LLC谐振变换器工作在谐振点时可显著提高系统整体的效率,然而在实际工作条件下,难以保证其工作频率与谐振频率点完全一致。为实现谐振频率点的跟踪,该文提出一种自适应频率跟踪策略,通过变压器副边整流二极管工作状态实现对谐振变换器工作模式的区分。最后设计一台1 kW的LLC谐振变换器样机,通过实验验证了该频率跟踪控制策略的有效性。     

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。     

基于可变拓扑结构LLC变换器的新型混合调制策略

为进一步提升开关电源轻载时的工作效率,基于可变拓扑半桥LLC谐振变换器提出一种新颖的混合调制策略,使变换器在重载、轻载时皆实现软开关,运行效率高。对半桥LLC谐振变换器的工作原理以及工作模式进行详细分析,讨论LLC变拓扑变换器最高效率运行轨迹,在此基础上设计基于最优状态平面轨迹的新型混合调制策略,对其轻载效率和控制品质做进一步优化。仿真结果证实了此技术方案的可行性和有效性。     

串联谐振式高频链逆变器及电流型解结耦调制

为解决单相高频链矩阵式逆变器在换流时变压器副边后级电路功率器件上存在的电压过冲问题,通过在变压器原边的前级H桥逆变电路中引入LC串联谐振槽的方式,提出一种串联谐振式高频链矩阵逆变器结构,并对此提出一种电流型解结耦单极性调制方法。在所提方案中,高频链变压器前级逆变电路采用脉宽脉位调制(sinusoidal pulse width and position modulation,SPWPM)以输出高频谐振电流,后级矩阵变换器应用电流型解结耦调制策略,通过与前级电路保持同步工作,构造前级输出电流的无中断的流通路径,以避免对变压器副边漏感电流的强制打断,可实现矩阵变换器的谐振软开关安全换流。在重点阐述串联谐振式高频链逆变器的工作原理并分析电流型解结耦单极性调制策略的具体工作模态的基础上,通过仿真和实验验证所提电路及其调制方法的可行性与有效性。     

基于布谷鸟算法的电子变压器输出端谐振参数优化

常用来降低电子变压器主开关损耗的方法。目前是基于LLC谐振网络的软开关技术。其中谐振参数的选取是否合适直接影响到电子变压器输出性能的好坏。为此,该文引入布谷鸟搜索算法对谐振参数进行智能优化设计。该搜索算法能够对存在不可导点的目标函数进行优化,并且其特有的巢寄生行为和莱维飞行特性能够使得谐振参数避免陷入局部最优。其优化过程首先利用基波分析法对变换器的参数进行建模,然后分析和研究谐振电感、励磁电感与谐振网络直流增益、输入阻抗角以及原、副边电流、励磁电流的直接关系,从而得到参数优化的约束条件。在此基础上,利用布谷鸟搜索算法优化得到使电路损耗最小的谐振网络参数。最后,以半桥LLC谐振变换电路为例,通过实验验证了在宽输入电压下,全负载范围内,该优化设计方法比"FHA+仿真"法的效率提高了1%~2%,样机最高效率达97%,证明了论文所提优化方法的有效性。     

双向LLC谐振型直流变换器设计与控制

针对直流配电网中连接超级电容的LLC谐振直流变换器,利用双向LLC直流变换器电压稳态增益,设计变换器谐振回路的参数。运用等效电路模型法对双向LLC直流变换器进行小信号建模,分析设计变换器的闭环PI控制器,据此控制超级电容的充放电功率,维持系统母线电压稳定。最后,对所设计的LLC直流变换器在Matlab/Simulink里进行仿真分析,并通过实验样机进行实验验证,通过仿真和实验结果证实了该文所采用的理论分析与设计方法的正确性和可靠性。     

应用于新能源发电的有源钳位隔离型Boost变换器

传统的隔离型Boost变换器需要使用两个及以上的磁性元件,造成磁性元件数量偏多。文章提出了一种新型有源钳位隔离型Boost变换器,该变换器将变压器、输入电感和谐振电感集成在一个磁性元件中,变换器的开关管数量及增益特性与传统的隔离型全桥Boost变换器相同。通过设置原边有源钳位电路,变换器中所有开关管的电压应力不超过变换器的最高输入电压;设置副边谐振倍压网络,变换器实现了整流二极管的零电流关断。最后在一台500 W的样机进行试验,试验结果验证了该变换器的可行性。     

一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器

为减小双向变换器低压侧电流纹波,改善变换器硬开关现象,降低其闭环系统设计的复杂程度,提出一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器。该变换器在低压侧全桥桥臂中点加入2个交错并联的Boost电感,在增加变换器增益的同时可减小变换器低压侧电流纹波,高压侧为倍压整流电路,进一步增加了变换器增益,同时利用变压器漏感与谐振电容谐振创造了高压侧开关管ZCS的条件。该变换器正反向均采用PWM+PFM混合调制控制,通过改变占空比调节输出电压,调节开关频率实现高压侧开关管的ZCS,采用该控制方案降低了变换器闭环系统设计的复杂程度,并可减小高压侧开关管的关断损耗。搭建一台600 W试验样机,进行正反向实验,验证所提方案的有效性。     

串联谐振型三相双有源桥变换器损耗分析

以基于变压器星-角连接的串联谐振型三相双有源桥DC-DC变换器为研究对象.首先,对其工作原理进行详细分析,并推导电感电流、功率表达式,以及软开关条件;其次,将变压器副边电路折算至原边,使谐振变换器的电路模型得到大大简化,并以此为基础进行电路参数选择和硬件设计;然后,通过对变压器、电感、开关管的功率损耗进行分析,建立串联...     

新能源储能电池双向CLLLC变换器时域设计

文章针对双向CLLLC谐振拓扑结构提出了一种谐振参数设计方案。为了解决双向CLLLC直流谐振变换器谐振参数设计结构复杂、难度大、准确度低等问题,将双向CLLLC谐振拓扑结构近似为Type-4型结构,然后采用基波分析法分析了谐振参数对变换器增益、输出效率以及软开关实现的影响。在此基础上,采用时域分析法结合变换器谐振电流曲线对变换器进行谐振参数的设计,可以使得变换器在全负载范围内实现逆变侧的零电压开通和整流侧的零电流关断,降低了变换器的无功功率损耗,提高变换器的电能转换效率。最后通过实验和MATLAB仿真验证了方案的正确性。     

一种用于光伏电站的电力电子变压器

提出一种用于光伏电站的电力电子变压器拓扑结构,采用高频变压器实现电气隔离,并结合级联H桥型变换器提高输出电压的等级和波形质量;研究拓扑的工作原理和能量传输规律,建立电容电压的控制模型,分析高频H桥工作相位对能量传输和电容电压平衡控制的影响,提出一种协调控制各直流电容电压的方案。将载波相移调制算法应用于逆变器中,系统等效开关频率和输出电压的波形质量得到提高。实验结果表明,该文提出的电力电子变压器拓扑结构和控制算法正确可行。     

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。     

变频移相混合式控制CLL谐振变换器

为适应宽范围输入电压场合,该文结合变频控制(variable frequency control,VFC)和移相控制(phase shift control,PSC)这2种控制方式的特点,提出在输入高压时变换器进行移相控制,输入低压时进行变频控制的混合式控制方法。详细分析了在2种不同模式控制下全桥CLL谐振变换器的原理以及特性,并对变换器的谐振网络参数进行合理的设计。以500 W原理样机为例,对混合式控制全桥CLL谐振变换器进行实验验证。实验结果表明在混合控制策略下,全桥CLL谐振变换器能够实现原边开关管的零电压开通(zero voltage switching,ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(zero-current switching,ZCS),并具有开关频率变化范围窄、效率高等特点。     

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。     

串联谐振型双有源桥变换器的软开关特性研究

基于传统单移相控制的串联谐振型双有源桥变换器在宽电压增益下的零电压开关(ZVS)工作范围较窄,为了扩展软开关范围,该文采用双重移相控制。分析双重移相控制下的串联谐振型双有源桥变换器的工作原理和稳态特性;详细分析移相角区域选择对软开关条件难易程度的影响;并对ZVS特性进行深入分析,得出由输出功率标幺值与电压增益决定的ZVS软开关范围。研究表明当电压增益和负载宽范围变化时,双重移相控制可明显扩大软开关工作范围。实验验证双重移相控制在宽电压增益时的软开关优越性。     

基于锁相环1 MHz感应加热电源频率跟踪的研究

针对高频感应加热电源负载参数变化引起固有谐振频率变化,导致逆变器效率降低现象提出并实现了一种以集成高速锁相环74HC4046为核心的应用于采用功率MOSFET为主开关器件的1MHz串联谐振感应加热电源的无相差频率跟踪控制系统,对电源的输出频率进行实时控制,实现逆变器工作频率对负载谐振频率的同步跟踪,并就控制系统的相位补偿和启动等问题进行了分析讨论;其次推出了适用于高频逆变电源的锁相环数学模型并用Pspice进行了仿真分析;最后进行了实验验证。     

基于Buck变换器的开关磁阻发电机新型励磁模式

提出了基于Buck变换器的开关磁阻发电机(SRG)新型励磁模式。给出并分析新型模式的功率变换器主电路,每相桥臂只需1个主开关器件和1个续流二极管;直流侧电容两端加一个Buck变换器,SRG的输出电压经Buck变换器降压后作为励磁电压,将输出的部分能量回馈到励磁电容,实现励磁。该励磁模式无需外部励磁电源,改变占空比D或通过Buck变换器闭环控制可独立调节励磁电压,且D>0.5时有利于提高输出功率。建立SRG新型励磁发电系统仿真模型,仿真结果表明系统能稳定运行,励磁电压独立可控,发电质量较好,验证了所提出的新型励磁模式的可行性和优越性。     

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。     

三端口LLC谐振型变换器研究

为解决多个变换器引起的能量损耗问题,提出一种三端口LLC谐振型结构的变换器,可实现同时向负载端和储能端供能.建立基波近似(FHA)模型,分析变换器的增益特性.传统的脉冲宽度调制(PWM)策略无法实现宽范围零电压开关(ZVS)技术,现有的脉冲频率调制(PFM)控制策略需要复杂的建模过程.研究中设计了改进的PWM-PFM混...     

基于开关组误差电压的双级矩阵变换器故障诊断策略

矩阵变换器(MC)由数量较多的功率开关构成,这些功率开关元件用在各种复杂的环境以及高频切换的电路系统,增加了功率开关发生故障的可能性,也降低了MC系统的可靠性。功率开关故障成为了阻碍MC系列拓扑进入工程化应用的主要因素之一,而对MC功率开关进行在线故障诊断并进行合适的容错控制可以有效地提高MC系统可靠性。本文针对双级矩阵变换器(TSMC)的功率开关开路故障诊断策略进行研究,对功率开关故障下的TSMC运行模式及其输出电压、直流电压故障特征进行了深入分析,定义了开关组误差电压的概念,提出了根据输出相电压误差、开关信号以及直流电压定位TSMC故障开关的方法。所提方法具有诊断准确、诊断速度快、独立于调制策略、不受负载运行状态影响等优点。仿真实验结果验证了理论分析的正确性以及所提故障诊断策略的有效性。