功率解耦型无电解电容PFC电路并联补偿控制

提出了一种并联补偿控制策略,应用于功率解耦型无电解电容功率因数校正(PFC)电路,实现了去除电解电容、提高使用寿命和可靠性的目的。首先以升压型双向Buck/Boost变换器作为功率解耦电路,提出了基于固定占空比的并联补偿控制策略,并对其补偿特性进行了分析。而后在定占空比控制策略基础上提出了一种并联补偿控制策略,该控制策略相比较于传统的控制策略,结构简单、实现容易,而且响应速度快,系统调整时间短,负载电压纹波对负载功率变化不敏感,可实现无传感器的低成本功率解耦。为了进一步减小功率器件耐压,将降压型双向Buck/Boost变换器引入功率解耦方案,应用该文所提出的控制策略进行控制,同样实现了PFC电路去除电解电容的目的。最后对该文所提出的并联补偿控制策略进行仿真和实验研究,结果验证了该控制策略的有效性。     

全桥Boost型多输入直流变换器

提出全桥Boost型多输入直流变换器电路拓扑及主从式功率分配和电压电流瞬时值反馈移相控制策略,并对该变换器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行深入地分析研究。全桥Boost型多输入直流变换器,是通过高频变压器磁通叠加法将多个全桥Boost型单输入直流变换器在输出端进行电流叠加;主从式功率分配策略,是指n?1路输入源功率固定和1路输入源补充负载所需的不足功率。理论分析和仿真结果表明,该变换器具有电路拓扑简洁、多路输入源可同时或分时供电、功率密度高、输出电压稳定等优点,为实现太阳能、风能、氢能等多种可再生能源联合供电奠定了关键技术基础。原理试验证实了所提出电路拓扑和控制策略的正确性与可行性。     

一种具有功率耦合电路的无电解电容LED驱动电源

为解决LED驱动电源寿命短的问题,提出一种PFC+Buck/Boost的无电解电容LED驱动电源方案。PFC采用常用的Boost型电路结构,控制方法采用简单的CRM控制方式,Buck-Boost双向变换器与LED负载并联,替代电解电容器实现电源交流输入侧和直流输出侧的瞬时功率不平衡的功率耦合功能。设计了PFC的CRM控制策略和双向变换器的固定占空比控制策略,建立了Saber仿真实验模型。仿真研究结果表明,该电路的功率因数达到0.9以上,输出电流和输出电压具有很好的稳定性。     

一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器

针对车载DC-DC变换器输入电压变化范围大的问题,提出一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器。该变换器包括飞跨电容(FC)型三电平Buck电路和LLC谐振电路两部分,FC三电平Buck电路输出端口与LLC谐振电路输入端口串联,通过控制FC三电平Buck电路占空比实现输出电压调节以适应宽输入电压范围,同时三电平结构降低了开关管电压应力、减小了损耗;LLC谐振电路传输负载所需全部功率,采用定频开环控制以获得高效率和稳定增益,同时实现了电气隔离。详细分析了组合式变换器的拓扑结构、直流增益以及工作效率,并与相同电路构成的级联式变换器进行了效率特性对比,根据组合式变换器的拓扑结构和工作特性,提出一种解耦控制策略,实现输出电压稳定和飞跨电容电压平衡,最后搭建了一个200～400 V输入、12 V/20 A输出的实验电路进行验证,实验结果表明所提组合式变换器的正确性和可行性。     

二倍频功率解耦的升降压型无桥PFC变换器EI北大核心CSCD

AC-DC变换器需加入有源功率因数校正(power factor correction,PFC)电路来减少网侧电流谐波。传统Boost型PFC电路因其升压特性而无法使输出电压宽范围变化。该文采用一种升降压型无桥PFC变换器,通过切换升压通路和降压通路实现电压宽范围输出。为进一步减少网侧电流谐波,采用变载波调制,通过改变升压载波和降压载波的分配比例使其随输出电压变化而变化,相比于定载波调制降低网侧电流总谐波失真值。针对单相PFC电路存在二倍频功率需在输出端并联大电解电容的问题,文章利用双向Buck-Boost电路进行功率解耦以吸收二倍频功率。最后,介绍升降压型无桥PFC变换器的工作原理和控制策略,实验结果验证了升降压型无桥PFC变换器及其控制方式的正确性和有效性。     

双绕组反激式单级PFC变换器及功率因数改善措施研究

为改善功率变换器的功率因数,提出一种双绕组反激式单级功率因数校正PFC(Power Factor Correction)变换拓扑。该拓扑由Boost PFC电路和具有串并联结构的双绕组反激变换电路组合而成,利用2个中间储能电容吸收变压器初级绕组的漏感能量,有效地抑制功率器件的电压应力,提高变换器的可靠性。详细分析了变换器的工作原理和稳态特性,并在传统的单电压环控制方法的基础上,将整流电压引入到控制电路,提出了一种简单的电压补偿控制方法来提高变换器的功率因数、降低输入电流的总谐波畸变率。设计制作了一台150 W/24 V实验样机,实验结果验证了所提出电路原理的正确性和采用电压补偿控制方法改善输入电流波形质量的有效性。     

基于功率解耦的无桥PFC变换器

传统无桥功率因数校正(PFC)变换器为降低输出直流侧低频纹波,需连接大容量电解电容,不仅增加了变换器体积,还降低了其使用寿命及可靠性。因此,这里将对称半桥型有源功率解耦电路运用于双二极管式无桥PFC变换器,并提出了基于锁相环(PLL)的对称半桥型有源功率解耦电路控制方案。通过功率解耦可显著减小无桥PFC变换器直流侧所需电容量,提高变换器功率密度及使用寿命。通过引入基于二阶广义积分的单相锁相环(PLL),解决了对称半桥型有源功率解耦电路在输入电压频率波动情况下无法正常工作的问题。仿真及实验结果验证了电路及控制方案的正确性。     

基于单周期控制的快速响应PFC变换器研究

提出了一种基于负载电流前馈与单周期控制技术相结合的快速负载动态响应功率因数校正(PFC)变换器控制策略。负载电流信号与传统输出电压反馈信号相乘并作为单周期控制载波信号,保证了PFC变换器具有快速的负载瞬态响应。此外,论文设计了两种自适应输出电流纹波补偿方法,有效抵消了负载电流前馈引入的输出二次纹波,减少了稳态下输入电流畸变。最后,基于单相Boost PFC电路,通过仿真与实验验证了所提控制方法的优越性。     

具有极低输入电流纹波的电流源型双有源桥DC-DC变换器

针对新能源发电如光伏或者燃料电池的功率调节器电流输入纹波问题,本文提出了一种新颖的电流源型混合DAB拓扑。在稳态运行过程中输入侧开关管占空比始终为50%,在交错的作用下输入电流纹波极小。采用所提出的占空比补偿策略,可以进一步增加开关管的软开关范围。同时电压反馈采用陷波滤波器,减少了单相逆变器负载时的低频输入电流纹波。文中给出了拓扑模态分析、工作原理、ZVS条件和参数设计的原则。采用所提出的控制策略,所有功率器件都可以实现零电压(ZVS)开通,可以增加软开关的范围,同时实现高效率的功率变换。仿真结果和样机实验验证了所提出的变换器和控制策略的有效性。     

电流型高频链AC-AC变换器

提出电流(Boost)型高频链AC-AC变换器电路结构与拓扑族,它是由输入滤波器、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成。深入分析研究了这类变换器的原理特性与控制策略,提出并有效解决变换器启动时储能电感的磁饱和问题及高频变压器漏感引起的电压尖锋现象,给出这类变换器的仿真和原理试验。研究结果表明,这类变换器具有电路拓扑简洁、高频电气隔离、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点。     

一种隔离型交错并联无电解电容LED驱动电路

针对LED驱动电源中因为使用了电解电容而降低电源使用寿命的问题,提出一种基于隔离型交错并联Boost-PFC变换器的单级无电解电容LED驱动电路拓扑,该拓扑由交错并联Boost变换器和辅助功率平衡电路组成,通过辅助功率平衡电路平衡瞬时交流输入功率和直流输出功率的差值,抑制了输出电流的低频纹波.详细分析了该拓扑结构的工作...     

电网不平衡条件下组合式三相单级全桥PFC变换器的运行特性及控制策略

首先简要介绍组合式三相单级全桥PFC变换器的电路构成与工作原理,简析该变换器采用常规(电压电流双闭环)控制策略在电网平衡条件下的运行特性。在此基础上,分两种情况详细分析电网不平衡条件下该变换器的运行特性,分析表明采用常规控制策略时,该变换器将同时存在输入电流含低次谐波、输出电压含低次纹波及各相功率不均衡的问题。为解决上述问题,基于电压电流双闭环控制策略提出一种含有两个比例因子和限幅环节的双比例因子(double scaling factor,DSF)控制策略,并分析各组成部分的功能与工作机理。最后,搭建实验平台,对上述内容进行实验验证。实验结果表明,DSF控制策略实现容易、效果良好,可同时解决上述电流谐波、电压纹波和功率不均衡问题。     

三相单级全桥PFC变换器输入电流死区分析与补偿

研究一种三相单级全桥结构功率因数校正(PFC)变换器,该变换器工作于电感电流断续模式(DCM),可同时实现PFC、输入/输出侧电气隔离以及输出电压调节.通过对该变换器理想和非理想条件下等效电路的分析,发现由于主电路中各开关管和二极管存在导通压降,当输入电压低于主电路压降时,导通相电流将出现死区,该死区随着输入电压幅值的降低而增大.结合电路的工作原理,提出了一种抑制电流死区的补偿电路.补偿电路由6个小功率开关管和电阻构成,通过相应的控制策略,当输入电压最小的一相电压低于主电路压降时.该相电流通过补偿电路构成回路,消除电流死区.仿真与实验结果证明了理论分析的正确性.     

全桥升压型高频环节AC/AC变换器

首次提出了全桥升压型高频环节AC/AC变换器电路拓扑,它是由储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成.深入分析研究了这种变换器的稳态原理与移相控制策略,获得了输出电压、储能电感电流、高频变压器匝比、储能电感、输出滤波电容等关键电路参数的设计准则.理论分析结果表明,这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点,为优良性能的正弦交流稳压器、调压器、电力电子变压器和同频波形变换器奠定了关键技术基础.原理实验结果证实了这种变换器的可行性.     

一种实用的配电网动态电压补偿器

本文提出了一种新型实用的应用于配电网负载的动态电压补偿器的拓扑结构以及其控制策略。新型动态电压补偿器由一套独立的直流电源和一套三相逆变器构成。独立的直流电源可以由电池或带隔离变压器整流器构成;而三相逆变器的输出滤波电容串联在配电网三相负载与电网零线之间,这样的设计可以使得动态电压补偿器补偿带宽更大。通过基于电压电流双闭环控制策略逆变器控制策略,使得动态电压补偿器可以补偿电网电压的谐波及欠压等电网质量问题。另外可以采用最小功率控制策略可以使得新型动态电压补偿器具有硬件成本小。     

功率解耦后三相-单相矩阵变换器的闭环控制策略

三相-单相矩阵变换器(3-1 MC)不含母线电容,单相脉动功率直接耦合到输入侧,导致三相输入电流谐波含量高、输入源容量要求大。因此,文章研究了含功率解耦电路的3-1 MC拓扑,该拓扑下单相脉动功率流入功率解耦电路并构成能量流通回路,根本上解决了脉动功率对输入侧的影响。但是,3-1 MC功率解耦拓扑中增加了功率开关,影响变换器的闭环设计。于是,文章利用开关器件平均模型法逐步简化3-1 MC功率解耦拓扑的数学模型,建立变换器dq轴坐标系下的小信号模型,结合小信号模型的特点和传递函数,提出一种虚拟直流母线电压反馈的闭环控制策略并研究控制参数设计方法。最后,实验结果表明该种闭环策略能有效控制3-1 MC功率解耦拓扑,具有良好的动静态特性。     

交流励磁发电机励磁控制系统实验研究

基于定子电压定向的交流励磁发电机解耦励磁控制策略,采用具有优良输入、输出特性的双PWM变换器,采用高速数字信号处理器TMS320F2812设计实现了交流励磁发电机励磁控制系统。其转子侧变换器采用功率、电流的双闭环解耦励磁控制策略,网侧变换器采用电压、电流的双闭环控制策略。控制系统可实现交流励磁发电机有功、无功功率的解耦控制以及交流励磁变速恒频发电运行,实验结果验证了控制系统的可行性。     

不平衡输入3-1矩阵变换器输入电流谐波抑制研究与实现

针对输入电压不平衡条件下三相-单相矩阵变换器的双空间矢量控制策略进行了研究。为补偿三相-单相矩阵变换器输出的脉动功率,推导了采用单电感进行功率解耦的调制函数,在分析不平衡输入电压下三相-单相矩阵变换器的输入电流谐波的基础上,推导了将输入电压正序分量作为输入电流参考矢量下输入电流解析式,对比分析了与传统控制方式之间电流谐波的优化关系,提出正序电压作为输入电流参考矢量并采用动态调制比进行输出相与解耦相调制的控制策略,构建了实现该控制策略的系统模型并进行了系统仿真验证。在此基础上搭建了实验样机,仿真及样机实验结果表明该控制策略在维持输出电压稳定性的同时显著降低了输入电流谐波含量,验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的可行性。     

一种采用高频电流前馈补偿的Boost变换器系统稳定方法

在开关电源变换器设计中,经常会在功率输入端加入滤波器。输入滤波器可以减小或消除电磁干扰,消除变换器输入电流波形的开关谐波,还可用于在给定电压瞬间,保护变换器及其负载免受冲击而损坏,从而提高系统的可靠性。但是输入滤波器改变了系统的动态性能,与具有负阻抗特性的恒功率负载级联时,会造成系统的不稳定甚至可能产生谐振。该文提出了一种基于输入滤波器谐振频率处的高频电流前馈补偿技术,能够在不改变系统体积重量和原有控制结构的前提下,抑制系统的振荡和波形畸变。为了在振荡发生时能够保证电路正常工作,提出了一种具有冗余结构的Boost变换器拓扑。首先对系统的数学模型进行分析,然后给出仿真及实验结果,证明了所提控制策略与拓扑结构的正确性和可行性。     

基于网侧功率前馈的二倍频功率有源解耦控制

在单相脉宽调制(PWM)变流器中输入功率存在二倍频波动,会导致直流侧电压二倍频纹波含量较高,需要大容量电容进行滤波.设计了H桥结构的有源功率解耦电路来吸收二倍频功率波动,通过网侧电压电流可计算输入的二倍频功率波动,进而获得二倍频有源功率解耦电路中电感电流或电容电压指令,并利用单电感电流控制环或电容电压外环电感电流内环的双闭环控制方式实现二倍频功率的有源解耦控制.分析对比了有源功率解耦电路采用电感电流单闭环控制方式和电容电压双闭环控制方式的优缺点,指出双闭环控制方式具有稳定性强、响应速度快等优点,并通过Matlab/Simulink仿真和Typhoon HIL602实验平台验证了该控制策略的有效性.