双Boost PFC变换器输出电压纹波的研究

双Boost PFC变换器在半桥逆变器的UPS中得到广泛使用,其输出电压纹波的质量直接关系到UPS的稳定性.采用功率匹配的方法对双Boost PFC变换器的输出电压纹波进行深入研究,得出了该拓扑输出母线电压二次纹波的变化规律和决定纹波大小的影响因数.仿真及其实验结果验证了理论分析的准确性.     

Dzn0隔离变压器在不间断电源中的应用

Dzn0型隔离变压器由于其相对相输出特性被广泛应用于不间断电源(UPS)等逆变输出设计中.本文分析Dzn0型隔离变压器的工作原理,给出Dzn0型隔离变压器电压、电流分量的理论计算方法,并利用仿真与实验论证分析结果,为该类型变压器的设计与应用提供一种技术分析方法.     

隔离型开关电感Zeta变换器磁集成研究

为了提高传统非隔离变换器的电压增益、开关频率和功率密度,同时实现电气隔离、减小电感电流纹波和变换器体积重量,提出了一种磁集成开关电感隔离型Zeta变换器。该变换器中加入了变压器以实现电气隔离,用开关电感代替变换器中的储能电感,并对变压器和开关电感进行了磁集成。分析了变换器的工作模态,推导了变换器电压增益表达式;分析了电感电流纹波的大小,给出了该变换器的磁集成设计方案。与传统Zeta变换器相比,该变换器的电压增益提高了N(1+D)倍,开关电感电流纹波减小了近一半。样机实验结果表明具有开关电感的磁集成隔离型变换器具有优良的综合性能,验证了理论分析的正确性。     

两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制

针对前级采用Boost电路、后级采用单相全桥逆变电路的两级式逆变器,研究基于传统电压外环电流内环控制改进的方法,以解决抑制中间母线电压低频纹波的问题。由于输入功率是直流量,输出的瞬时功率中除了有直流分量外,还含有2倍于工频的脉动分量,导致输入输出功率不平衡,从而使中间母线电压含有二次低频电压纹波。该低频电压纹波会引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命,会导致逆变输出电压波形出现削顶而产生畸变,还会影响系统的动态性能。为了解决母线电压低频纹波所带来的问题,提出了一种将输出功率前馈到前级直流变换器以实现母线电压低频纹波抑制的方法。仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性和有效性,母线电压低频纹波得到很好的抑制。     

非隔离单相半桥UPQC直流纹波分析及其影响抑制

非隔离单相半桥统一电能质量调节器(UPQC)两侧变换器的脉动功率差将在直流电容及分电容上产生复杂的多倍频电压纹波,各次电压纹波会对串联侧变换器的补偿电压有不同的影响,降低串联侧变换器的补偿效果。为了抑制直流电压纹波影响,利用等效电容电流模型计算直流电容电压表达式,分析直流纹波及非线性负载对补偿电压的影响路径,并仿真验证其正确性。针对分电容电压纹波和非线性负载对电压补偿效果的影响,提出一种抑制多倍频纹波影响的补偿电压特定次谐波控制策略。最后,基于SiC器件建立了非隔离单相半桥UPQC实验平台进行实验验证,实验结果表明在非线性工况下,所提控制策略将补偿电压THD从12.2%降低至2.4%,相比于传统控制可以减少约70%的直流电容需求。     

谐振电容电压反馈单输入多输出反激式变换器

为减少小功率供电电源的器件使用数量、降低成本和提高变换效率,提出一种谐振电容电压反馈控制的不对称半桥反激式变换器。采用一次侧谐振电容电压反馈控制方式,简化了隔离型单输入多输出变换器的控制结构;采用恒定导通时间控制器,从而省去反馈补偿网络电路的设计;反馈信号取自一次侧谐振电容电压,具有反馈电压纹波大的特点,这会引起恒定导通时间控制出现脉冲破裂现象,变换器不能稳定工作。为抑制谐振电压反馈纹波大引起脉冲破裂的问题,采用纹波补偿恒定导通时间控制抑制反馈信号的电压纹波,从而使变换器工作稳定。最后通过实验样机验证了理论分析及设计方法的可行性。     

SVPWM控制时双向Z源逆变器电容电压纹波分析

Z源逆变器在SPWM简单控制时的电容电压纹波在整个负载周期内是恒定的,而在SVPWM控制下,电压纹波会随着电压矢量相位变化而变化,故电压纹波的求解更为复杂。本文的研究证明,Z源电感取值较大,电容的电压纹波与电感值无关。但是,如果电感取值较小,那么电压纹波与电感值是相关的。分析了双向Z源逆变器在SVPWM策略下的关键电感值和电容电压纹波,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于开关电容二端口子模块的自耦式模块化直流变压器

基于电力电子器件的直流变压器能量变换环节多,存在体积大、成本高、效率低、控制复杂等问题。基于开关电容概念,设计新型二端口子模块,利用自耦变思想进行模块化组合,提出一种新型自耦式模块化直流变压器拓扑。分析了新型自耦式模块化直流变压器的工作原理,给出其电感纹波和电容纹波的理论计算公式。对所述拓扑的电容和电感参数进行了设计,并提出调制、电容均压以及输出电压/功率的控制策略。通过仿真与实验验证了新型直流变压器拓扑、理论分析以及控制策略的正确性。     

低输出电压纹波三态PCCM CUK PFC变换器

提出了一种具有低输出电压纹波的三态伪连续导电模式(PCCM)CUK功率因数校正(PFC)变换器及其控制策略。在CUK变换器的中间储能电容(过渡电容)上串联一个开关管,使得中间储能电容电压在一个开关周期内存在3个工作状态,进而获得低输出电压纹波和快速的负载动态响应速度。分析了三态PCCM CUK PFC变换器的工作原理,仿真验证了理论分析结果,同时通过一个200 W的实验电路验证了结论的正确性。结果表明三态PCCM CUK PFC变换器具有输入功率因数高、输出电压纹波小和动态响应速度快的优点。     

一种APF直流侧电压波动分析及其吸收电路设计

此处根据瞬时功率平衡理论,对并联有源电力滤波器(SAPF)的直流侧电压波动进行了详细地分析,得到了SAPF直流侧产生波动的原因,并建立了相应的模型.更进一步地分析发现直流环节电压纹波会严重影响SAPF的输出电流畸变率,从而影响SAPF的补偿性能.因此,此处设计了一种直流环节电压纹波抑制电路(RSC),此处设计的RSC可以吸收SAPF直流侧上的纹波电压至RSC中,降低SAPF原有的直流侧电压波形,从而使SAPF电压纹波不影响SAPF桥臂的输出电压.并且,由于RSC的电压波动与输出桥臂隔离,不会影响SAPF输出电压,因此,RSC上的允许电压波动可以大大提高,从而可以降低直流环节电容值,并且提高SAPF的补偿性能,提高整体功率密度.实验结果表明了该方法的有效性.     

A new power-factor-corrected single-transformer UPS design

Phenomenal growth in the personal computer (PC) market has fueled a corresponding growth in the need for uninterruptible power supplies (UPSs) to back up the utility and prevent loss of data. This paper presents a new off-line UPS design suitable for PC backup applications. It is based on a novel isolated AC/DC converter derived from the integration of a nonisolated buck-boost AC/DC converter with an isolated bidirectional dual active bridge DC/DC converter. The features of the design include input power-factor correction, a single high-frequency transformer for charging and backup, simple control, inherent current limiting, low switch voltage stresses, and zero-voltage switching of the switches over a wide operating range. The UPS output voltage is trapezoidal in shape and the transition slope can be set such that the output current crest factor is close to unity provided the values of the line filter capacitors of the PC are known     

模块化多电平矩阵变换器低频控制方法

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)在低频甚至零频率运行时,低频纹波电压与输出频率成反比,导致模块电容电压波动过大而影响MMMC安全运行。为解决该问题,提出一种MMMC低频控制方法。该方法外环采用层次化电容电压平衡控制,并基于能量交换规律将输出二倍频纹波电压当做有用成分,与电容电压直流分量共同参与平衡控制,最后,通过复合控制器实现MMMC相间平衡和低频纹波抑制的双重控制;内环采用各桥臂电流独立控制,避免了复杂的解耦变换和内部环流产生。该方法适用于输出零频率的特例工况。通过半实物实验验证了所提控制方案的可行性、有效性以及优良的动静态特性。     

Performance comparison of input current ripple reduction methods in UPS applications with hybrid PEM fuel cell/supercapacitor power sources

An uninterruptible power supply (UPS) system with different input current ripple reduction methods is proposed, and a comparison research has been conducted about these methods. The proposed UPS system consists of a 63-cell 300 W proton exchange membrane (PEM) fuel cell stack, two 16-cell supercapacitors (SCs) in series, a high-efficiency push–pull DC/DC converter and a half-bridge DC/AC inverter. Besides that the traditional push–pull DC/DC converter has inherent advantages of low input-current stress and high voltage conversion ratio, the SCs, LC filter, and an active clamp circuit are employed to reduce the input current ripples in the UPS system. First, the input current ripple generation and performance without an external component are analyzed and modeled in the PEM fuel cell. Then the input current ripple reduction methods mentioned above are proposed and operated in the designed UPS system. Finally, the experimental results show that the input current ripple can be further reduced by using different current ripple reduction approaches, and the active compensation method has better performance than the passive compensation method. The input current ripple is less than 5% of the rated input current.     

基于双主动桥输入输出电流协调控制的二次纹波电压抑制策略

单相电力电子变压器(PET)隔离级传输二次脉动功率较少且不可控,使其直流侧出现较大幅度的二次纹波电压,将影响系统供电质量以及供电可靠性。在传统双主动桥(DAB)降阶等效模型中加入开关电阻、变压器磁化电感和铜耗电阻,提升了二次脉动功率传输的准确性;在DAB控制中,电流内环采用比例-积分-谐振(PIR)控制,并引入低压直流侧二次纹波电流前馈,使高低压直流侧二次脉动功率向负载侧稳定传输,高低压直流侧二次纹波电压幅值显著减小;为加快控制器动态响应速度,对控制器关键参数进行优化设计,最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

Analysis and design of a two‐transformer active‐clamping forward converter with parallel‐connected current doubler rectifiers

A new two‐transformer active‐clamping forward converter with parallel‐connected current doubler rectifiers (CDRs) is proposed in this paper. The presented DC–DC converter is mainly composed of two active‐clamping forward converters with secondary CDRs. Only two switches are required and each one is the auxiliary switch for the other. The circuit complexity and cost are thus reduced. The leakage inductance of the transformer or an additional resonant inductance is employed to achieve zero‐voltage‐switching (ZVS) during the dead times. Two CDRs at the secondary side are connected in parallel to reduce the current stresses of the secondary windings and the ripple current at the output side. Accordingly, the smaller output chokes and capacitors decrease the converter volume and increase the power density. Detailed analysis and design of the presented two‐transformer active‐clamping forward converter are described. Experimental results are recorded for a prototype converter with a DC input voltage of 130??180V, an output voltage of 5 V and an output current of 40 A, operating at a switching frequency of 100 kHz. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Soft switching DC/DC converter with high voltage gain and less current ripple

A new soft switching three‐level converter with two DC/DC circuits in the primary side and current double rectifiers in the secondary side is presented to realize the zero‐voltage switching operation, reduce the transformer secondary winding turns and the output current ripple, and lessen the voltage rating of rectifier diodes. Two DC/DC pulse‐width modulation circuits sharing same power switches with interleaved half switching cycle are adopted in the proposed converter to reduce the current rating of transformer primary windings. Two inductors and four diodes are adopted in the secondary side to achieve current double rectifier, reduce output ripple current, and decrease the transformer secondary winding turns. Based on the pulse‐width modulation scheme, the power switchers can be turned on at zero‐voltage switching operation. Laboratory experiments with a 1.44 kW prototype are provided to verify the theoretical analysis. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种无动态调整过程的新型DC/DC变换技术

介绍了一种新型的DC/DC变换器拓扑结构和控制技术。基于能量变换的控制技术在得到要求的输出电压同时有着低的输出纹波,不需要变压器且去除了传统闭环控制系统的动态调整过程。仿真和实验结果显示,采用功率因数校正的方法消除输入电流的畸变,可使该变换器具有正弦输入电流和单位输入功率因数。     

三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究

级联H桥AC/DC型电力电子变压器中的高频直流环节通常采用双有源桥电路DAB(dual-active bridge),并通过移相控制方式进行能量传递。单移相控制会在DAB中引入回流功率,增加系统损耗。在由理想直流电压源供电的DAB中,通过改进的移相控制可以显著抑制回流功率。然而在电力电子变压器PET(power electronic transformer)中,交流电网侧的PWM整流环节会引入二次脉动功率,导致其高频直流环节的输入/输出电压变比存在低频脉动,使得现有的回流功率抑制方法难以获得期望效果。针对这一问题,分析了在PET模块电容电压存在低频脉动的情况下,采用单移相和扩展移相两种控制方式下的回流功率分布特征;同时,结合功率通道型三相AC/DC电力电子变压器,提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法;通过功率解耦控制,抑制模块电容电压中的低频脉动,维持高频直流环节输入/输出电压变比恒定,并结合扩展移相控制,抑制PET中的回流功率。仿真和实验结果验证了所提方案可以有效抑制三相AC/DC型PET中高频直流环节内的低频脉动功率及回流功率。     

扩展模块化多电平矩阵变换器低频运行范围的控制方法

模块化多电平矩阵变换器(M~3C)电容电压各频率纹波幅值与对应频率成反比。当M~3C低频率连续运行至输出/输入频率比接近1/3时,差频(输入频率与输出三倍频之差)电容电压波动幅值趋于无穷大,导致M~3C难以正常运行,也阻断了输出二倍频纹波电压的连续抑制。提出一种基于电容电压分层解耦控制和桥臂电流独立控制的M~3C控制方案,电压外环通过直接反馈控制输出相间的输出二倍频纹波电压(或瞬时功率),并闭环实现电流指令重构,消除了1/3频率比及其附近的不连续工作点,提高了M~3C低频率连续运行的频率范围。最后通过半实物实验验证了该方法的有效性。     

全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法

以无工频变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。在电力牵引传动系统中,单相网侧脉冲整流器直流输出电压中含有二倍电网频率的电压脉动,该二倍频脉动可能会引起电机中的拍频现象。因此,为减小该二倍频电压脉动对DC/DC变换器输出电压的影响,研究全桥隔离DC/DC变换器在输入电压动态变化时的高性能控制方法非常必要。为提高全桥隔离DC/DC变换器在输入电压脉动以及突变情况下的动态响应性能,基于单相移控制方法,提出了一种直接功率控制方法,并进行了详细的分析。最后,基于RT-LAB和赛灵思XC3S500E的半实物仿真平台和基于TMS320F28335控制器的实物实验平台对所提出的控制方法进行验证,半实物仿真和实物实验结果表明:在输入电压突变、输入电压含有脉动和波动的情况下,该直接功率控制算法能有效提高输出电压的动态性能,减小输入电压扰动对输出电压的影响。