电压瞬时跌落时双级矩阵变换器的控制策略

双级矩阵变换器是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,因此其整流级和逆变级可以分别采用空间矢量PWM调制策略.但是由于中间直流环节没有储能的电容或者电感,输入侧电压瞬时跌落直接影响输出电压和电流,降低双级矩阵变换器的性能.为了抑制输入电压瞬时跌落对双级矩阵变换器性能的影响,提出了一种整流级电路多种调制模式切换的控制策略,根据不同调制模式下电压利用率的不同,实现整流级电路各调制模式的平滑切换,提高整流级电路电压利用率,从而保证输出性能的稳定.该方法可以将整流级电路的电压利用率由SVM调制的0866提高到0955.在基于逆阻式IGBT的双级矩阵变换器样机上的实验验证了提出的方法的有效性.     

双级矩阵变换器的过调制策略

针对双级矩阵变换器常规调制策略电压传输比低的问题,在不改变双级矩阵变换器拓扑结构的前提下,该文提出了一种可以提高电压传输比的双级矩阵变换器调制策略。该调制策略将双级矩阵变换器分为两级控制：整流级采用常规电流空间矢量合成法;逆变级根据电压传输比的不同要求将电压空间矢量调制区域分为线性调制区和过调制区。根据过调制程度要求的不同,又将过调制区域分为过调制区域Ⅰ和过调制区域Ⅱ,各个区域分别采用不同的调制模式控制逆变级的输出。论文从理论上分析了过调制策略的原理。仿真和实验结果表明, 双级矩阵变换器过调制时输出电压基波可以精确控制,谐波畸变率比较小,输入输出电流波形质量好。     

双级矩阵变换器驱动异步电机直接转矩控制

在深入分析双级矩阵变换器整流级调制算法和逆变级直接转矩控制策略的基础上,提出了采用双级矩阵变换器驱动异步电机直接转矩控制的策略。换流方式采用零电流换流的思想,即整流级换流前后,在逆变级插入零开关状态,可以保证整流级的零电流换流。此控制策略结合了双级矩阵变换器和直接转矩控制的优点,功率因数可调且具有良好的动静态性能。仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性,表明该策略具有与直流调速系统相媲美的调速性能。     

混沌调制对开关变换器EMI抑制有效性的实验研究

探讨了混沌频率调制技术诳元关变换器中抑制电磁干扰(EMI)的实际效果.提出将蔡氏电路加入脉宽调制电路,实现混沌频率调制技术,开关频率随混沌信号随机变化.分析了混沌频率调制抑制EMI噪声的原理,并建立了双管正激变换器的实验样机.实验结果证明,该技术不但具有有效降低开关谐波峰值和对输出电压影响不大的优点,而且电路实现简单,是解决开关变换器电磁兼容性问题的一种新的有效途径.     

基于双级矩阵变换器的直接转矩控制系统

研究了基于双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制策略。传统的直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)算法直接施加在双级矩阵变换器的逆变级,而在整流级使用空间矢量调制的方法。在此设计了一种特殊的换流策略,即在整流级换流前后,在逆变级插入零开关状态,保证了整流级的零电流换流特性。该方法结合了DTC和双级矩阵变换器的优点。设计并实现了实验样机系统,实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

18开关双级矩阵变换器的空间矢量调制策略及其仿真研究

该文推导了从常规矩阵变换器（CMC）到双级矩阵变换器（TSMC）的演变过程，证明了二者开关函数等效、变换功能相同。由于拓扑结构不同，二者的空间矢量调制方法存在差别，该文分析了TSMC的几种典型拓扑电路，以18开关拓扑结构的TSMC为例，分析推导了其整流级和逆变级的空间矢量调制策略，给出了实现零电流换流的开关矢量顺序，并利用MATLAB对18开关TSMC调制策略进行仿真研究，仿真结果表明了TSMC具有和CMC同样优良的输入输出性能，验证了该文理论分析和调制策略的正确性。为双级矩阵变换器的进一步研究和软硬件设计提供了理论基础。     

整流级无零矢量TSMC的研究

根据双级式矩阵变换器(Twostage Matrix Converter简称TSMC)的工作原理,讨论了整流级和逆变级的调制策略。分析了双向开关整流级无零矢量的调制目的,推导了占空比的数学表达式。并用PSIM仿真软件对TSMC的调制策略进行验证,仿真结果表明了理论分析的正确性,为TSMC的实现提供一定的理论依据。     

两种矩阵变换器的调制策略比较仿真研究

矩阵变换器是实现"绿色"电源变频器最具发展前景的技术方案,研究与开发矩阵变换器具有重要的意义。矩阵变换器可分为常规的单级和双级两种拓扑结构,文章通过仿真来综合比较这两种矩阵变换器的调制策略,即将单级矩阵变换器的开关函数调制策略、SVPWM调制策略与双级矩阵变换器的SVPWM的调制策略进行比较研究,并在双级矩阵变换器的逆变级采用了合理插入零矢量的调制方式。通过Matlab/Simulink仿真软件验证它们的调制策略的可行性,并进行综合比较与分析,证明了双级矩阵变换器具有更好的性能,对矩阵变换器及其调制策略的选取具体一定的参考价值。     

双级矩阵变换器空间矢量过调制策略研究

针对双级矩阵变换器(two stage matrix converter,TSMC)电压传输比偏低的问题,在空间矢量调制策略基础之上,分别将双模和单模两种过调制技术引入TSMC的整流级和逆变级。分析了这两种过调制技术运用于双级矩阵变换器的基本原理,给出了实现算法,在Matlab/Simulink下进行了算法的仿真实现,并通过仿真实验比较了两种技术的输出性能。实验结果表明,双级矩阵变换器采用过调制技术不仅可将电压传输比提高至1左右,而且输出波形质量较好。为双级矩阵变换器的进一步研究和应用提供了理论参考。     

混沌载波频率调制在双级矩阵变换器中的应用

拥有整流级和逆变级两部分的双级矩阵变换器(Two Stage Matrix Converter,TSMC)的输出电压含有高峰值离散谐波。为了削减在载波频率及其整数倍频率附近的谐波峰值,并且抑制谐波产生的电磁干扰(Electro Magnetic Interference,EMI)问题,本文首次将混沌载波频率调制技术(Chaotic Carrier Frequency Modulation Technique,CCFMT)应用于TSMC中。CCFMT通过使载波频率按照混沌方式变化,让单一频率处的谐波得到拓展,从而达到削减谐波幅值,满足电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility,EMC)的要求。为了减少换流次数,提高TSMC的换流可靠性,本文中TSMC的整流级和逆变级选取了适当的调制函数和载波形状。通过TSMC的实验平台证明,本文所提出的CCFMT能够完成削减输出电压谐波峰值,抑制EMI问题。     

周期频率调制降低开关电源传导EMI的比较研究

利用频率调制技术从噪声产生源头上降低了开关电源传导电磁干扰.分析了频率调制降低EMI噪声的原理,并试制了一台周期频率调制反激变换器电源样机.比较了不同周期调制信号情况下开关管电流信号的频谱以及传导干扰测试的结果.实验结果表明,两种调制信号均能有效降低开关谐波峰值,但是三角波调制信号的扩频效果优于正弦波调制信号.     

一种减小转矩脉动的混合型扩频调制策略

GaN器件具备更快的开关速度,可以降低噪音,显著减小伺服驱动器体积,但电磁干扰(EMI)问题更加突出。采用随机载波频率调制策略(RCFPWM)可有效抑制EMI,但载波频率随机化后使转矩脉动更为剧烈。因此,提出一种基于Markov链的混合载波频率调制策略(Markov-HCFPWM),采用混合载波频率调制减小相邻开关周期的载波频率差值,采用Markov链使局部平均载波频率接近期望值。仿真和试验结果表明,所提策略相较RCFPWM策略在有效抑制EMI的前提下也可减小转矩脉动。     

不同扩频信号对开关功率变换器EMI抑制效果的比较

开关频率调制技术是改善功率变换器EMC的一种有效方法,不同的扩频信号的扩频效果是不同的。在隔离式双正激DC/DC功率变换器的基础上,分别对周期性信号、随机信号和混沌信号作为开关频率调制信号对功率变换器EMI的抑制效果作数值上的分析,指出它们各自的优缺点。认为相对而言,混沌信号是一种比较理想的扩频信号。     

EMI suppression with switching frequency modulated DC-DC converters

High frequency power semiconductor switches in power converters generate common-mode and differential-mode conduction noise in addition to radiated noise and cross-talk. Compliance with existing EMI standards is expected of switch mode power converters after fabrication. This article discusses a methodology to mitigate conducted noise effectively at the point of its origin using switching frequency modulation. The switching frequency modulation of DC-DC converters results in redistribution of harmonic energy and consequent suppression of peaks in the switching frequency harmonic components. This phenomenon is clearly visible in the experimental results. Therefore it is evident that the size of the EMI filter can be reduced significantly with the suppression of peaks of switching frequency harmonic components by spreading the spectrum appropriately as described in this article. Moreover, the switching frequency modulation can reduce radiated interference as it lowers the peaks of the harmonic components in current carrying conductors     

Spectrum of a frequency modulated pulse width modulation signal

In power electronics, the switching elements are controlled by pulse width modulated (PWM) signals making their currents on and off repeatedly. This might cause electromagnetic interference (EMI) problems especially in switched mode power supplies. One method for mitigating the EMI is to use the frequency modulation technique in the control signal of the switching metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor. According to this approach, frequency of the PWM signal is modulated in order to spread its spectrum and hence reduce the EMI levels. This paper presents the theoretical analysis for the spectrum of a frequency modulated PWM signal. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于多涡卷混沌吸引子的电力电子变换器混沌PWM控制研究

基于多涡卷混沌吸引子,提出了一种新型混沌PWM控制方法抑制电力电子变换器电磁干扰。该方法将多涡卷混沌吸引子与传统混沌PWM控制结合,应用于电力电子变换器的控制中,实现从电磁干扰源头上抑制传导电磁干扰。对比传统混沌PWM控制,该方法能够在降低开关频率及其倍数次谐波峰值的同时,减少开关频率及其倍数次附近次谐波的生成,具有更好的EMI抑制效果。     

混沌映射抑制DC-DC变换器EMI水平的实验研究

探讨了混沌频率调制技术在开关变换器中抑制电磁干扰的实际效果。详细地分析了被调制信号的频谱与混沌系统产生的调制信号的不变密度函数之间的关系。设计了一个简单的、具有均匀分布密度的tent映射混沌电路，并以此电路产生的离散时间混沌信号作为频率调制信号，加入到工作在闭环连续导电模式的Buck变换器中，从而在开关变换器中实现了混沌频率调制，使开关频率随混沌信号随机变化。实验结果证明该技术不但具有有效降低开关谐波峰值和对输出电压影响不大的优点，而且实现电路简单，是解决开关变换器电磁兼容性问题的一种新的有效途径和具有应用前景的技术。     

Linear robust control of DC/DC converters: Part II – Random switching

In this paper, a design procedure for a random switching control in the closed loop is proposed, according to the criteria of robust performance and robust stability, by synthesizing dynamic control of linear robust theory and the random switching approach to EMI reduction. Different techniques of random control are investigated in order to reduce EMI problems in switching power-supply DC/DC devices. Narrow-band power around the switching frequency of the output voltage noise is proposed as a criterion for the quantification of EMI reduction using random control, as opposed to deterministic switching. Robust controllers are designed and applied in the closed loop. The optimal controller and the optimal random modulation are found. EMI reduction and dynamic properties of the control are verified using a nonlinear model of the buck DC/DC converter, which includes random switching effects.     

混沌扩频对高频开关电源输出电压纹波的影响

混沌扩频技术应用于高频开关电源,能把集中在开关频率及其谐波上的电磁干扰(EMI)扩散在连续的频谱上,有效改善开关电源的电磁兼容(EMC)特性。但研究表明,采用混沌扩频技术后,会对高频开关电源输出电压的纹波产生影响。从理论上对这一现象进行分析,利用输出电压的功率谱密度函数和转移函数,提出了开关电源输出电压纹波随混沌调制系数变化的计算方法。理论分析表明,高频开关电源输出电压的纹波会随混沌调制系数的增大而有所增加,从理论上验证了已有的研究成果。提出了抑制混沌开关电源输出电压纹波的方法,可使输出电压的纹波降低到未采用混沌扩频技术前的水准。     

混沌调制技术降低Buck型变换器电磁干扰水平研究

随机开关调制技术可以降低开关模式电源电磁干扰 (EMI)水平。混沌信号具有内在的随机性。本文将著名“蔡氏电路”产生的混沌信号经处理后 ,用于Buck型变换器开关的调制控制 ,使其工作在基于混沌的随机模式。通过对四种调制模式下变换器输入电流与周期PWM模式下输入电流频谱的分析比较表明 ,混沌调制技术在扩展频谱方面有良好的效果 ,可以用于降低开关模式电源的电磁干扰水平 ,改善电磁兼容性 (EMC)。